Reaksiyon Bağlantılı Silisyum Karbür

Reaksiyona bağlı silisyum karbür (RBSC), üstün mekanik mukavemet, darbe direnci, kimyasal stabilite ve şekillendirilebilirliğe sahip, çeşitli uygulamalar için uygun hale getiren olağanüstü sert ve güçlü bir seramik malzemedir.

RB-SiC, sinterlenmiş silisyum karbür ile karşılaştırıldığında daha düşük sertlik sunar, ancak mükemmel termal şok direnci özelliklerine sahipken üretimi daha kolay ve daha az maliyetlidir.

Fiziksel Özellikler

RMI prosesi, reaksiyona bağlı silisyum karbür elde etmek için sıvı silisyum ile infiltre edilmeden önce gözenekli bir karbon preformuna (G0) dahil edilmiş a-SiC partiküllerini kullanır. Ancak ne yazık ki sıvı silikon, infiltrasyon işlemi nedeniyle gözeneklerin tıkanmasına neden olabilir ve bu nedenle bu çalışmada çok fazlı karbon, bu soruna karşı bir panzehir olarak ve RB-SiC'nin mekanik özelliklerini geliştirmek için kullanılmıştır.

Çok fazlı karbon, ince amorf karbon siyahı ve kaba mikro-küresel karbondan oluşmuştur. Sıvı silikon ile infiltre edildiğinde, mikro-küresel karbon tüketilirken, amorf karbon gözenek dolum reaksiyonlarının tıkanmasını önlemek için gözeneklerden kaçabilir - bu nedenle, P10F90, P20F80 ve P30F70 numunelerinde gözlemlendiğinde karakteristik pik mevcut değildi, bu da çok fazlı karbonun bu sorunu önlemeye yardımcı olduğunu ve infiltrasyon sıcaklığı ve ıslatma süresi arttıkça eğilme mukavemetini artırdığını göstermektedir.

Mekanik Özellikler

RB silisyum karbür, erimiş silikonun gözenekli bir karbon veya grafit preform içine sızdırılmasıyla üretilir; burada karbonla reaksiyona girerek SiC oluşturur ve basit koni ve kovan şekillerinden madencilik veya işleme endüstrileri için daha büyük mühendislik parçalarına kadar çeşitli şekil ve boyutlarda gelen olağanüstü bir aşınma, darbe ve kimyasal dirençli seramik malzeme oluşturur.

Kompozit bir öncülün bileşimi, özellikle PF'nin FA'ya oranı, yüksek sıcaklıkta piroliz sırasında karbon ve sıvı silikon arasındaki reaksiyon hızını etkiler. Çok fazlı karbon, gözenekli preformlardaki gözeneklerden sıvı silikon penetrasyonunu artırır; kademeli karbon kaynakları hem b-SiC içeriğini hem de serbest Si'yi kontrol etmeye yardımcı olur.

RB silisyum karbürün eğilme mukavemeti ve elastik modülü, bükülme sırasında taneler arası kırılmaya neden olan pürüzsüz siyah ve beyaz blok tane yüzeylerinin ortadan kaldırılması nedeniyle karbon kaynağının dikkatli bir şekilde derecelendirilmesiyle önemli ölçüde artırılabilir.

Termal Özellikler

Reaksiyonla bağlanmış silisyum karbür seramiklerin termal özellikleri, bağlanma türüne ve oranına bağlıdır. Metalik silikon partikülleri ile infiltre edilmiş reaksiyon bağlı silisyum karbür (RBSC), bu işlem sırasında büzülmeyen karbon veya grafit preformlara infiltre edilir; böylece çok hassas boyutlara sahip parçalar oluşturulabilir.

RBSC ile infiltre edildikten sonra yüksek sıcaklıklarda nitrürleme işlemine tabi tutulur. Bu işlem metalik silikonu SiC nitrüre dönüştürür ve kalan gözenek boşluklarını silisyum karbür ağ malzemesi ile doldurur. XRD, bu formun elmas, a-SiC, b-SiC, Si ve SiO2 içerdiğini gösterirken SEM, grafit katmanlarının yanı sıra amorf karbonu da göstermektedir.

Mevcut grafit tabakası nedeniyle RBSC, sinterlenmiş SiC'den daha düşük k değerleri sergilemekle birlikte NSIC'inkileri gölgede bırakmıştır. Ayrıca, korozyon direnci, yüksek sıcaklık direnci, termal şok direnci ve termal şok emme kapasitesi açısından SiO2 bazlı seramiklerden önemli ölçüde daha iyi performans göstermiştir.

Elektriksel Özellikler

Reaksiyona bağlı silisyum karbür, düşük özgül direnç ve yüksek termal iletkenlik gibi harika elektriksel özellikler sunar. Bu özellikler onu elektrikli ısıtma elemanları için mükemmel bir malzeme seçimi haline getirir. Ayrıca, kimyasal inertliği ve oksidasyona karşı direnci onu fırın termokuplları, brülör uçları, kontrol tuğlaları ve fırınlardaki muflalar için uygun hale getirir; üstün termal şok direnci de onu fırınlarda mobilya olarak uygun hale getirir.

Reaksiyon Bağlantılı SiC, ince bölünmüş samimi sic ve karbon karışımlarının plastikleştirici ile karıştırılması, ardından sıvı veya gaz halindeki silikon ile infiltre edilmeden önce plastikleştiricinin şekillendirilmesi ve yakılması işlemiyle oluşturulabilir. Bu reaksiyon, silikonun karbon ile bağ kurarak daha fazla silisyum karbür üretmesini sağlar ve daha sonra orijinal silisyum karbür ile reaksiyona girerek a-SiC, b-SiC ve artık Si'den oluşan kompozit oluşturur.

İnfiltrasyon zamanında, reaksiyon sırasında oluşan a-SiC granüllerinin ve b-SiC'in, muhtemelen yeni oluşan b-SiC partikülleri tarafından tıkanmayan kılcal kanallara atfedilen, topaklanma olmaksızın gözenekli preform boyunca eşit olarak dağıldığı iddia edilmektedir.