Carbură de siliciu legată prin reacție

Carbura de siliciu legată prin reacție (RBSC) este un material ceramic extrem de dur și puternic, cu rezistență mecanică superioară, rezistență la impact, stabilitate chimică și formabilitate, ceea ce îl face potrivit pentru diverse aplicații.

RB-SiC oferă o duritate mai scăzută în comparație cu carbura de siliciu sinterizată, dar este mai ușor și mai puțin costisitor de fabricat, având în același timp proprietăți excelente de rezistență la șocurile termice.

Proprietăți fizice

Procesul RMI utilizează particule de a-SiC încorporate într-o preformă de carbon poros (G0), înainte de infiltrarea cu siliciu lichid pentru a obține carbură de siliciu legată prin reacție. Cu toate acestea, din păcate, siliciul lichid poate cauza înfundarea porilor din cauza procesului de infiltrare și, prin urmare, în acest studiu, carbonul multifazic a fost utilizat ca un antidot împotriva acestei probleme și pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice ale RB-SiC.

Carbonul multifazic a fost compus din negru de fum amorf fin și carbon micro-sferic grosier. Atunci când este infiltrat cu siliciu lichid, carbonul micro-sferic este consumat, în timp ce carbonul amorf poate scăpa din pori pentru a preveni reacțiile de umplere a porilor care îi înfundă - astfel, atunci când a fost observat pe probele P10F90, P20F80 și P30F70, vârful caracteristic nu a fost prezent, sugerând că carbonul multifazic a contribuit la evitarea acestei probleme și la îmbunătățirea rezistenței la încovoiere pe măsură ce temperatura de infiltrare și timpul de înmuiere au crescut.

Proprietăți mecanice

Carbura de siliciu RB este produsă prin infiltrarea siliciului topit într-o preformă poroasă de carbon sau grafit, unde reacționează cu carbonul pentru a forma SiC și creează un material ceramic excepțional rezistent la uzură, impact și substanțe chimice, care vine în diferite forme și dimensiuni, de la forme simple de conuri și manșoane la piese de inginerie mai mari pentru industria minieră sau de prelucrare.

Compoziția unui precursor compozit, în special raportul dintre PF și FA, influențează viteza de reacție dintre carbon și siliciul lichid în timpul pirolizei la temperatură ridicată. Carbonul multifazic îmbunătățește penetrarea siliciului lichid prin porii preformelor poroase; sursele de carbon gradate ajută la controlul conținutului de b-SiC și de Si liber.

Rezistența la flexiune și modulul de elasticitate ale carburii de siliciu RB pot fi crescute substanțial prin sortarea atentă a sursei de carbon, datorită eliminării suprafețelor netede ale grăunților negri și albi care provoacă fractura intergranulară în timpul îndoirii.

Proprietăți termice

Proprietățile termice ale ceramicii din carbură de siliciu legată prin reacție depind de tipul și de proporția lipirii. Carbură de siliciu legată prin reacție (RBSC), infiltrată cu particule de siliciu metalic, infiltrată în preforme de carbon sau grafit care nu se contractă în timpul acestui proces; astfel, pot fi create piese cu dimensiuni foarte precise.

După infiltrarea cu RBSC, acesta este supus nitruirii la temperaturi ridicate. Aceasta transformă siliciul metalic în nitrură de SiC și umple toate spațiile cu pori rămase cu material de rețea de carbură de siliciu. XRD arată că această formă conține diamant, a-SiC, b-SiC, Si și SiO2, în timp ce SEM arată straturi de grafit, precum și carbon amorf.

Datorită stratului de grafit prezent, RBSC prezintă valori k mai mici decât SiC sinterizat, depășindu-le totuși pe cele ale NSIC. În plus, a depășit semnificativ ceramica pe bază de SiO2 în ceea ce privește rezistența la coroziune, rezistența la temperaturi ridicate, rezistența la șocuri termice și capacitatea de absorbție a șocurilor termice.

Proprietăți electrice

Carbura de siliciu legată prin reacție oferă proprietăți electrice excelente, cum ar fi rezistența specifică scăzută și conductivitatea termică ridicată. Aceste atribute îl fac o alegere excelentă de material pentru elementele de încălzire electrică. În plus, inerția sa chimică și rezistența la oxidare îl fac potrivit pentru termocuplurile cuptoarelor, vârfurile arzătoarelor, cărămizile de control și muflele din cuptoare; rezistența sa superioară la șocurile termice îl fac, de asemenea, potrivit ca mobilier în cuptoare.

SiC legat prin reacție poate fi creat prin procesul de amestecare a amestecurilor intime fin divizate de sic și carbon cu plastifiant, apoi modelarea și arderea plastifiantului înainte de infiltrarea acestuia cu siliciu lichid sau gazos. Această reacție permite siliciului să se lege de carbon pentru a produce mai mult carbură de siliciu, care reacționează apoi cu carbura de siliciu inițială pentru a forma un compozit format din a-SiC, b-SiC și Si rezidual.

La momentul infiltrării, se afirmă că granulele de a-SiC și b-SiC formate în timpul reacției sunt dispersate uniform în preforma poroasă fără aglomerări, probabil datorită faptului că canalele capilare nu sunt blocate de particulele de b-SiC nou formate.