Siliziumkarbid-Keramik

Strukturkeramik, auch Ingenieurkeramik genannt, ist eine Klasse von Hochleistungskeramiken, die vor allem die mechanischen, thermischen, chemischen und sonstigen Wirkungen von Materialien ausüben. Strukturelle Keramiken haben die Eigenschaften von hoher Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und geringem Kriechen bei hohen Temperaturen. Sie können der rauen Arbeitsumgebung standhalten, für die metallische Werkstoffe und Polymerwerkstoffe nicht geeignet sind. Sie finden breite Anwendung in der Luftfahrt, im Maschinenbau, in der Automobilindustrie, in der Metallurgie, in der chemischen Industrie, in der Elektronik und in anderen Bereichen und haben sich zu einer Klasse von keramischen Werkstoffen entwickelt, die sich sehr schnell weiterentwickelt.Strukturkeramik umfasst hauptsächlich Oxidkeramik, Nitridkeramik und Karbidkeramik. Siliziumkarbidkeramik wird im Wesentlichen im Folgenden vorgestellt. Siliciumcarbid, gemeinhin als Karborund bekannt, ist eine typische kovalente Verbindung, die in der Natur fast nicht vorkommt. Als Eword und G. Acheson 1890 Diamant synthetisieren wollten, indem sie dem Kohlenstoff Silizium als Katalysator hinzufügten, stellten sie Siliziumkarbid her. Heute wird es immer noch erforscht und entwickelt.

Siliciumcarbid wurde zunächst wegen seiner hohen Härte verwendet, die zu verschiedenen Schleifscheiben, Schleifgeweben, Schleifpapier und verschiedenen Schleifmitteln verarbeitet werden kann und in der verarbeitenden Industrie breite Anwendung findet. Im Zweiten Weltkrieg wurde festgestellt, dass Siliziumkarbidkeramik auch als Reduktionsmittel und Heizelement in der Stahlherstellung verwendet werden kann, was seine rasche Entwicklung förderte. Die weitere Forschung hat gezeigt, dass Siliziumkarbid viele hervorragende Eigenschaften besitzt, wie z. B. hohe Temperaturstabilität, hohe Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren und Laugen, niedriger Ausdehnungskoeffizient und gute Temperaturwechselbeständigkeit.

Es gibt hauptsächlich zwei Kristallformen von Siliciumcarbid, nämlich: kubisch β-SIC4 und hexagonal α-SIC。 Die grundlegenden Struktureinheiten des Siliciumcarbidgitters sind SIC4- und CSI4-Tetraeder, die sich gegenseitig durchdringen. Die Tetraeder haben dieselbe Kante, um eine ebene Schicht zu bilden, und die Scheitelpunkte sind mit der nächsten Schicht von Tetraedern verbunden, um einen dreidimensionalen Mechanismus zu bilden. Da verschiedene Tetraeder-Stapelfolgen unterschiedliche Strukturen bilden können, wurden bisher Hunderte von Varianten gefunden. Im Allgemeinen werden prägnante und intuitive Symbole, nämlich die Buchstaben C, H, R, zur Darstellung des Gittertyps verwendet, und die Anzahl der in der Einheitszelle enthaltenen Schichten wird zur Darstellung der Unterschiede verwendet. Obwohl die Gitterkonstanten dieser Polymorphe unterschiedlich sind, gibt es keine offensichtliche Veränderung der Substanzen in ihnen. Siliziumkarbidkeramik ist eine typische Valenzverbindung, aber es gibt auch einige ionische Typen. Nach theoretischen Berechnungen gehören 78% der Gesamtenergie der SI-C-Bindung zum kovalenten Zustand und 22% zum ionischen Zustand. Aufgrund der geringen Größe der S- und C-Atome, der Bindungslänge und der starken Kovalenz weist Siliziumkarbidkeramik eine Reihe von Eigenschaften auf, wie z. B. eine hohe Härte, eine gewisse mechanische Festigkeit und eine schwierige Sinterung.

Siliciumcarbid ist eine typische kovalent gebundene stabile Verbindung. Darüber hinaus ist sein Diffusionskoeffizient niedrig, was seine Verdichtung durch herkömmliche Sinterverfahren erschwert. Um dichte Siliciumcarbidkeramiken zu erhalten, müssen einige Sinterhilfsmittel zur Erhöhung der Oberflächenenergie oder der Oberfläche hinzugefügt und spezielle Verfahren angewandt werden. Je nach Sinterverfahren kann Siliciumcarbid in rekristallisierte Siliciumcarbid-Keramik, reaktionsgesinterte Siliciumcarbid-Keramik, drucklos gesinterte Siliciumcarbid-Keramik, heißgepresste gesinterte Siliciumcarbid-Keramik, gesinterte Siliciumcarbid-Keramik durch heißisostatisches Pressen bei hohen Temperaturen und Siliciumcarbid durch chemische Gasphasenabscheidung unterteilt werden. Die Eigenschaften von Siliciumcarbid, das nach verschiedenen Verfahren hergestellt wird, sind recht unterschiedlich, d.h. SIC, das nach demselben Verfahren hergestellt wird, hat aufgrund unterschiedlicher Rohstoffe und Zusatzstoffe eine schlechte Leistung.