Héichreine Siliziumcarbid (SiC) Keramik huet sech als ideal Material fir kritesch Komponenten an der Hallefleeder-, Loftfaart- a chemescher Industrie erausgestallt, wéinst hirer aussergewéinlecher Wärmeleitfäegkeet, chemescher Stabilitéit a mechanescher Stäerkt. Mat der wuessender Nofro fir héichperformant, verschmotzungsarm Keramikkomponenten ass d'Entwécklung vun effizienten a skalierbare Virbereedungstechnologien fir héichreine SiC Keramik zu engem globale Fuerschungsfokus ginn. Dëse Pabeier iwwerpréift systematesch déi aktuell wichtegst Virbereedungsmethoden fir héichreine SiC Keramik, dorënner Rekristallisatiounssinteren, drocklos Sinteren (PS), Heisspressen (HP), Funkenplasmasinteren (SPS) an additiv Fabrikatioun (AM), mat Schwéierpunkt op der Diskussioun vun de Sintermechanismen, Schlësselparameteren, Materialeegeschaften an existent Erausfuerderunge vun all Prozess.
D'Uwendung vu SiC-Keramik am Militär- a Ingenieursberäich
Aktuell gi rein SiC-Keramikkomponenten wäit verbreet a Siliziumwafer-Produktiounsausrüstung benotzt, wou se un Kärprozesser wéi Oxidatioun, Lithographie, Ätzen an Ionenimplantatioun bedeelegt sinn. Mat dem Fortschrëtt vun der Wafertechnologie ass d'Erhéijung vun de Wafergréissten zu engem bedeitenden Trend ginn. Déi aktuell Mainstream-Wafergréisst ass 300 mm, wat e gudde Gläichgewiicht tëscht Käschten a Produktiounskapazitéit erreecht. Wéinst dem Moore-Gesetz steet awer d'Masseproduktioun vu 450 mm Waferen schonn um Programm. Méi grouss Waferen erfuerderen typescherweis eng méi héich strukturell Stäerkt fir Verformung a Verzerrung ze widderstoen, wat d'Nofro fir grouss, héichfest a reng SiC-Keramikkomponenten weider erhéicht. An de leschte Joren huet d'Additivfabrikatioun (3D-Dréck), als Rapid Prototyping-Technologie, déi keng Formen erfuerdert, en enormt Potenzial an der Fabrikatioun vu komplex strukturéierte SiC-Keramikdeeler gewisen, wéinst senger Schicht-fir-Schicht-Konstruktioun a flexible Designméiglechkeeten, wat vill Opmierksamkeet op sech gezunn huet.
Dësen Artikel analyséiert systematesch fënnef representativ Virbereedungsmethoden fir héichrein SiC-Keramik - Rekristallisatiounssinteren, drocklos Sinteren, Heisspressen, Funkenplasmasinteren an additiv Fabrikatioun - mat Fokus op hir Sintermechanismen, Prozessoptimiséierungsstrategien, Materialleistungseigenschaften an industriell Uwendungsperspektiven.
Ufuerderunge fir héichreine Siliziumcarbid-Rohmaterialien
I. Rekristallisatioun Sinterung
Rekristalliséiert Siliziumcarbid (RSiC) ass e SiC-Material mat héijer Rengheet, dat ouni Sinterhëllefsmëttel bei héijen Temperaturen vun 2100–2500°C hiergestallt gëtt. Zënter datt de Fredriksson de Rekristallisatiounsphänomen Enn vum 19. Joerhonnert fir d'éischt entdeckt huet, huet RSiC vill Opmierksamkeet kritt wéinst senge proppere Käregrenzen an der Feele vu Glasphasen an Ongereinheeten. Bei héijen Temperaturen weist SiC e relativ héijen Dampdrock op, a säi Sintermechanismus besteet haaptsächlech aus engem Verdampfungs-Kondensatiounsprozess: fein Käre verdampfen a leeën sech op d'Uewerfläche vu gréissere Käre nei of, wat den Halswuesstum an d'direkt Bindung tëscht de Käre fördert an doduerch d'Materialstäerkt erhéicht.
Am Joer 1990 huet de Kriegesmann RSiC mat enger relativer Dicht vun 79,1% mat Hëllef vu Schleifgoss bei 2200°C hiergestallt, woubäi de Querschnitt eng Mikrostruktur weist, déi aus grousse Kären a Poren zesummegesat ass. Duerno hunn den Yi et al. Gelgoss benotzt fir gréng Kierper ze hierstellen an se bei 2450°C gesintert, wouduerch RSiC-Keramik mat enger Schrumpfdicht vun 2,53 g/cm³ an enger Biegefestigkeit vu 55,4 MPa kritt gouf.
D'SEM-Bruchfläche vun RSiC
Am Verglach mat dichtem SiC huet RSiC eng méi niddreg Dicht (ongeféier 2,5 g/cm³) an ongeféier 20% oppe Porositéit, wat seng Leeschtung an Uwendungen mat héijer Festigkeit limitéiert. Dofir ass d'Verbesserung vun der Dicht an de mechanesche Eegeschafte vum RSiC zu engem Schlësselfuerschungsfokus ginn. Sung et al. hunn virgeschloen, geschmollte Silizium a Kuelestoff/β-SiC-Gemëschkompakter ze infiltréieren an se bei 2200°C nei ze kristalliséieren, wouduerch eng Netzwierkstruktur aus α-SiC-grouwe Kären erfollegräich opgebaut gouf. Dat resultéierend RSiC huet eng Dicht vun 2,7 g/cm³ an eng Biegefestigkeit vun 134 MPa erreecht, wat eng exzellent mechanesch Stabilitéit bei héijen Temperaturen erhale bleift.
Fir d'Dicht weider ze erhéijen, hunn de Guo et al. d'Polymerinfiltratiouns- a Pyrolysetechnologie (PIP) fir verschidde Behandlungen vun RSiC agesat. Mat PCS/Xylol-Léisungen a SiC/PCS/Xylol-Schlämm als Infiltranten, gouf d'Dicht vun RSiC no 3-6 PIP-Zyklen däitlech verbessert (bis zu 2,90 g/cm³), zesumme mat senger Biegefestigkeit. Zousätzlech hunn si eng zyklesch Strategie virgeschloen, déi PIP a Rekristallisatioun kombinéiert: Pyrolyse bei 1400°C gefollegt vun enger Rekristallisatioun bei 2400°C, wat effektiv Partikelblockaden befreit an d'Porositéit reduzéiert. Dat fäerdegt RSiC-Material huet eng Dicht vun 2,99 g/cm³ an eng Biegefestigkeit vun 162,3 MPa erreecht, wat eng aussergewéinlech ëmfaassend Leeschtung weist.
SEM-Biller vun der Mikrostrukturentwécklung vu poléiertem RSiC no Polymerimpregnatiouns- a Pyrolyse- (PIP)-Rekristallisatiounszyklen: Ufanks-RSiC (A), nom éischte PIP-Rekristallisatiounszyklus (B) an nom drëtte Zyklus (C)
II. Drocklos Sintern
Drocklos gesintert Siliziumcarbid (SiC) Keramik gëtt typescherweis mat héichreinem, ultrafeinem SiC-Pulver als Rohmaterial hiergestallt, mat klenge Quantitéiten u Sinterhëllefsmëttel, a gëtt an enger inerter Atmosphär oder Vakuum bei 1800–2150 °C gesintert. Dës Method ass gëeegent fir d'Produktioun vu groussen a komplex strukturéierte Keramikkomponenten. Well SiC awer haaptsächlech kovalent gebonnen ass, ass säi Selbstdiffusiounskoeffizient extrem niddreg, wat d'Verdichtung ouni Sinterhëllefsmëttel schwéier mécht.
Baséierend op dem Sintermechanismus kann d'drocklos Sinterung an zwou Kategorien agedeelt ginn: drocklos Flëssegkeetsphas-Sinterung (PLS-SiC) an drocklos Festkierper-Sinterung (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (Flëssegphas-Sinterung)
PLS-SiC gëtt typescherweis ënner 2000°C gesintert andeems ongeféier 10 Gew.-% eutektesch Sinterhëllefsmëttel (wéi Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ a selten Äerdoxiden RE₂O₃) bäigefüügt ginn, fir eng flësseg Phas ze bilden, wat d'Ëmorganiséierung vun de Partikelen an de Massentransfer fördert, fir Verdichtung z'erreechen. Dëse Prozess ass gëeegent fir SiC-Keramik vun industrieller Qualitéit, awer et gouf keng Berichter iwwer héichreine SiC, déi duerch Sinterung an der flësseger Phas erreecht gouf.
1.2 PSS-SiC (Festkierpersintéierung)
PSS-SiC beinhalt eng Verdichtung am Festkierper bei Temperaturen iwwer 2000°C mat ongeféier 1 Gew.-% Additiven. Dëse Prozess baséiert haaptsächlech op atomarer Diffusioun an der Kärenumorganisatioun, déi duerch héich Temperaturen ugedriwwe gëtt, fir d'Uewerflächenenergie ze reduzéieren an eng Verdichtung z'erreechen. De BC (Bor-Kuelestoff)-System ass eng üblech Additivenkombinatioun, déi d'Kärengrenzenergie senke kann an SiO₂ vun der SiC-Uewerfläch ewechhuele kann. Wéi och ëmmer, traditionell BC-Additiver bréngen dacks Reschtongreinheeten an, wat d'SiC-Rengheet reduzéiert.
Duerch d'Kontroll vum Zousazgehalt (B 0,4 Gew.-%, C 1,8 Gew.-%) an d'Sinteren bei 2150°C fir 0,5 Stonnen goufen héichreine SiC-Keramik mat enger Rengheet vun 99,6 Gew.-% an enger relativer Dicht vun 98,4% kritt. D'Mikrostruktur huet säulenförmig Kären gewisen (e puer mat enger Längt vu méi wéi 450 µm), mat klenge Poren op de Kärengrenzen a Graphitpartikelen an de Kären. D'Keramik huet eng Biegefestigkeit vu 443 ± 27 MPa, en Elastizitéitsmodul vu 420 ± 1 GPa an en thermeschen Ausdehnungskoeffizient vun 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ am Beräich vun Raumtemperatur bis 600°C gewisen, wat eng exzellent Gesamtleistung weist.
Mikrostruktur vu PSS-SiC: (A) SEM-Bild nom Polieren an NaOH-Ätzen; (BD) BSD-Biller nom Polieren an Ätzen
III. Waarmpressen Sinteren
Heisspressen (HP) Sinterung ass eng Verdichtungstechnik, déi gläichzäiteg Hëtzt an uniaxialen Drock op Pulvermaterialien ënner héijen Temperaturen an héijen Drockbedingungen uwendt. Héije Drock hemmt d'Porebildung däitlech a limitéiert d'Kärewuesstum, während héich Temperatur d'Käreverschmelzung an d'Bildung vun dichten Strukturen fördert, wouduerch schlussendlech héichdichteg a reng SiC-Keramik entsteet. Wéinst der direktioneller Natur vum Pressen tendéiert dëse Prozess dozou, d'Käreanisotropie ze verursaachen, wat d'mechanesch an d'Verschleisseigenschaften beaflosst.
Reng SiC-Keramik ass schwéier ouni Zousätz ze verdichten, dofir ass Ultrahochdrocksinterung noutwendeg. Nadeau et al. hunn erfollegräich volldicht SiC ouni Zousätz bei 2500°C an 5000 MPa hiergestallt; Sun et al. hunn β-SiC-Gréisstmaterialien mat enger Vickers-Häert vu bis zu 41,5 GPa bei 25 GPa an 1400°C kritt. Mat engem Drock vu 4 GPa goufen SiC-Keramik mat relative Dichten vun ongeféier 98% an 99%, enger Häert vun 35 GPa an engem Elastizitéitsmodul vu 450 GPa bei 1500°C respektiv 1900°C hiergestallt. D'Sinterung vu SiC-Pulver a Mikrongréisst bei 5 GPa an 1500°C huet Keramik mat enger Häert vun 31,3 GPa an enger relativer Dicht vun 98,4% erginn.
Obwuel dës Resultater weisen, datt ultrahéijen Drock eng Verdichtung ouni Zousätz erreeche kann, limitéieren d'Komplexitéit an déi héich Käschte vun der erfuerderlecher Ausrüstung industriell Uwendungen. Dofir ginn an der praktescher Virbereedung dacks Spuerzousätz oder Pulvergranulatioun benotzt fir d'Sinterkraaft ze verbesseren.
Duerch d'Zousätz vu 4 Gew.-% Phenolharz als Additiv an d'Sinterung bei 2350°C a 50 MPa goufen SiC-Keramik mat enger Verdichtung vun 92% an enger Rengheet vun 99,998% kritt. Mat gerénger Zousazmengen (Borsäure an D-Fruktose) an der Sinterung bei 2050°C a 40 MPa gouf héichreine SiC mat enger relativer Dicht >99,5% an engem Rescht B-Gehalt vun nëmme 556 ppm hiergestallt. SEM-Biller hunn gewisen, datt am Verglach mat drocklos gesinterte Prouwe waarmgepresst Prouwe méi kleng Kären, manner Poren an eng méi héich Dicht haten. D'Biegefestigkeit louch bei 453,7 ± 44,9 MPa, an den Elastizitéitsmodul huet 444,3 ± 1,1 GPa erreecht.
Duerch d'Verlängerung vun der Haltzäit bei 1900°C ass d'Käregréisst vun 1,5 μm op 1,8 μm eropgaang, an d'Wärmeleitfäegkeet huet sech vun 155 op 167 W·m⁻¹·K⁻¹ verbessert, während gläichzäiteg d'Plasmakorrosiounsbeständegkeet verbessert gouf.
Ënner Bedingunge vun 1850°C an 30 MPa hunn d'Heisspressen an d'Schnellheisspressen vu granuléiertem a geglühtem SiC-Pulver volldicht β-SiC-Keramik ouni Zousätz erginn, mat enger Dicht vun 3,2 g/cm³ an enger Sintertemperatur, déi 150–200°C méi niddreg war wéi bei traditionelle Prozesser. D'Keramik huet eng Häert vun 2729 GPa, eng Bruchsehegkeet vun 5,25–5,30 MPa·m^1/2 an eng exzellent Schleiffestigkeit (Schleifraten vun 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ an 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹ bei 1400°C/1450°C an 100 MPa) gewisen.
(A) SEM-Bild vun der poléierter Uewerfläch; (B) SEM-Bild vun der Bruchfläch; (C, D) BSD-Bild vun der poléierter Uewerfläch
An der 3D-Dréckfuerschung fir piezoelektresch Keramik ass Keramikschlamm, als Kärfaktor, deen d'Formung an d'Leeschtung beaflosst, zu engem Schlësselfokus am Inland an international ginn. Aktuell Studien weisen allgemeng datt Parameter wéi d'Pulverpartikelgréisst, d'Schlammviskositéit an de Feststoffgehalt d'Formqualitéit an d'piezoelektresch Eegeschafte vum Endprodukt wesentlech beaflossen.
Fuerschung huet festgestallt, datt Keramik-Slurries, déi mat Bariumtitanat-Pulver a Mikron-, Submikron- a Nanogréisst hiergestallt goufen, bedeitend Ënnerscheeder a Stereolithographie- (z. B. LCD-SLA) Prozesser opweisen. Wann d'Partikelgréisst ofhëlt, klëmmt d'Viskositéit vum Schlamm däitlech, woubäi Nanogréisst-Pulver Schlammer mat Viskositéiten produzéieren, déi Milliarde mPa·s erreechen. Schlammer mat Pulver a Mikrongréisst si beim Drock ufälleg fir Delaminatioun a Schälen, während Pulver a Submikron- a Nanogréisst e méi stabilt Formverhalen opweisen. Nom Sinteren bei héijen Temperaturen hunn déi resultéierend Keramikprouwen eng Dicht vu 5,44 g/cm³, e piezoelektresche Koeffizient (d₃₃) vun ongeféier 200 pC/N an niddreg Verloschtfaktoren erreecht, wat exzellent elektromechanesch Reaktiounseigenschaften weist.
Zousätzlech huet d'Upassung vum Feststoffgehalt vu PZT-Typ Schläim (z.B. 75 Gew.-%) a Mikrostereolithographie-Prozesser gesintert Kierper mat enger Dicht vun 7,35 g/cm³ erginn, wouduerch eng piezoelektresch Konstant vu bis zu 600 pC/N ënner Polungselektresche Felder erreecht gouf. D'Fuerschung iwwer d'Deformatiounskompensatioun op Mikroskala huet d'Formgenauegkeet däitlech verbessert an d'geometresch Präzisioun ëm bis zu 80% erhéicht.
Eng aner Studie iwwer PMN-PT piezoelektresch Keramik huet gewisen, datt de Feststoffgehalt d'Struktur an d'elektresch Eegeschafte vun der Keramik entscheedend beaflosst. Bei engem Feststoffgehalt vun 80 Gew.-% sinn Nieweprodukter einfach an der Keramik opgetrueden; wéi de Feststoffgehalt op 82 Gew.-% an driwwer eropgaangen ass, sinn d'Nieweprodukter lues a lues verschwonnen, an d'Keramikstruktur gouf méi reng, mat enger däitlech verbesserter Leeschtung. Bei 82 Gew.-% huet d'Keramik optimal elektresch Eegeschafte gewisen: eng piezoelektresch Konstant vun 730 pC/N, eng relativ Permittivitéit vun 7226 an en dielektresche Verloscht vun nëmmen 0,07.
Zesummegefaasst beaflossen d'Partikelgréisst, den Feststoffgehalt an d'rheologesch Eegeschafte vu Keramikschlämmchen net nëmmen d'Stabilitéit an d'Genauegkeet vum Drockprozess, mä bestëmmen och direkt d'Dicht an d'piezoelektresch Äntwert vu gesinterte Kierper, wouduerch se Schlësselparameter fir d'Erreeche vun héichperformanter 3D-gedréckter piezoelektrescher Keramik sinn.
Den Haaptprozess vum LCD-SLA 3D-Drock vu BT/UV-Proben
D'Eegeschafte vu PMN-PT Keramik mat verschiddene Feststoffgehalter
IV. Funkenplasmasinterung
Funkenplasmasinterung (SPS) ass eng fortgeschratt Sintertechnologie, déi gepulste Stroum a mechaneschen Drock benotzt, déi gläichzäiteg op d'Pulver ugewannt ginn, fir eng séier Verdichtung z'erreechen. An dësem Prozess erhëtzt de Stroum direkt d'Form an de Pulver, generéiert Joule-Hëtzt a Plasma, wat eng effizient Sinterung a kuerzer Zäit (typesch bannent 10 Minutten) erméiglecht. Schnell Erhëtzung fördert d'Uewerflächendiffusioun, während Funkenentladung hëlleft, adsorbéiert Gaser an Oxidschichten vun de Pulveruewerflächen ze entfernen, wat d'Sinterleistung verbessert. Den Elektromigratiounseffekt, deen duerch elektromagnetesch Felder induzéiert gëtt, verbessert och d'Atomdiffusioun.
Am Verglach zum traditionelle Waarmpressen benotzt SPS méi direkt Heizung, wat eng Verdichtung bei méi niddregen Temperaturen erméiglecht an de Kärwuesstum effektiv hemmt, fir fein a gläichméisseg Mikrostrukturen ze kréien. Zum Beispill:
- Ouni Zousätz, mat gemuelene SiC-Pulver als Rohmaterial, an duerch Sinteren bei 2100 °C an 70 MPa fir 30 Minutten, goufen Proben mat enger relativer Dicht vun 98% erginn.
- Sinterung bei 1700°C an 40 MPa fir 10 Minutten huet kubescht SiC mat enger Dicht vun 98% a Käregréissten vun nëmmen 30–50 nm produzéiert.
- D'Benotzung vun 80 µm granulärem SiC-Pulver a Sinterung bei 1860°C a 50 MPa fir 5 Minutten huet zu enger héichperformanter SiC-Keramik mat enger relativer Dicht vun 98,5%, enger Vickers-Mikrohärte vun 28,5 GPa, enger Biegefestigkeit vun 395 MPa an enger Bruchsehegkeet vu 4,5 MPa·m^1/2 gefouert.
Mikrostrukturanalysen hunn gewisen, datt wéi d'Sintertemperatur vun 1600 °C op 1860 °C eropgaang ass, d'Materialporositéit däitlech erofgaangen ass a bei héijen Temperaturen hir voll Dicht erreecht huet.
D'Mikrostruktur vu SiC-Keramik, déi bei verschiddenen Temperaturen gesintert gouf: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C an (D) 1860°C
V. Additiv Produktioun
D'Additiv Fabrikatioun (AM) huet viru kuerzem e enormt Potenzial bei der Fabrikatioun vu komplexe Keramikkomponenten bewisen, wéinst sengem Schicht-fir-Schicht-Konstruktiounsprozess. Fir SiC-Keramik goufen eng Rei AM-Technologien entwéckelt, dorënner Binder Jetting (BJ), 3DP, selektiv Lasersinterung (SLS), direkt Tëntschreiwen (DIW) a Stereolithographie (SL, DLP). Wéi och ëmmer, 3DP an DIW hunn eng méi niddreg Präzisioun, während SLS tendéiert thermesch Belaaschtung a Rëss ze verursaachen. Am Géigesaz dozou bidden BJ an SL méi grouss Virdeeler bei der Produktioun vu komplexer Keramik mat héijer Rengheet a Präzisioun.
- Bindemittelstrahlung (BJ)
D'BJ-Technologie besteet doran, Schicht fir Schicht vum Bindemittel op de Bindungspulver ze sprëtzen, gefollegt vun der Entbindung an dem Sinteren, fir dat fäerdegt Keramikprodukt ze kréien. Duerch d'Kombinatioun vu BJ mat chemescher Dampfinfiltratioun (CVI) konnten héichreine, vollkristallin SiC-Keramik erfollegräich hiergestallt ginn. De Prozess ëmfaasst:
① Formung vu SiC-Keramikgréngkierper mat BJ.
② Verdichtung iwwer CVI bei 1000°C an 200 Torr.
③ Déi fäerdeg SiC-Keramik hat eng Dicht vun 2,95 g/cm³, eng Wärmeleitfäegkeet vun 37 W/m·K an eng Biegefestigkeit vun 297 MPa.
Schematesch Duerstellung vum Klebstoffjet-Drock (BJ). (A) Computergestëtzte Konstruktiounsmodell (CAD), (B) Schematesch Duerstellung vum BJ-Prinzip, (C) Drock vu SiC duerch BJ, (D) Verdichtung vu SiC duerch chemesch Dampfinfiltratioun (CVI)
- Stereolithographie (SL)
SL ass eng UV-Härtungsbaséiert Keramikformtechnologie mat extrem héijer Präzisioun a komplexe Strukturfabrikatiounskapazitéiten. Dës Method benotzt fotosensitiv Keramikschlämm mat héijem Feststoffgehalt a gerénger Viskositéit fir 3D Keramikgréngkierper duerch Photopolymerisatioun ze bilden, gefollegt vun Entbindung an Héichtemperatursinterung fir dat fäerdegt Produkt ze kréien.
Mat engem 35 Vol.-% SiC-Schlamm goufen héichqualitativ 3D-gréng Kierper ënner 405 nm UV-Bestrahlung preparéiert a weider duerch Polymer-Burnout bei 800°C a PIP-Behandlung verdichtet. D'Resultater hunn gewisen, datt d'Prouwe mat 35 Vol.-% Schlamm eng relativ Dicht vun 84,8% erreecht hunn, wat d'Kontrollgruppen vun 30% an 40% iwwertrëfft huet.
Duerch d'Aféierung vu lipophilem SiO₂ a phenoleschen Epoxyharz (PEA) fir d'Modifikatioun vum Schlamm gouf d'Photopolymerisatiounsleistung effektiv verbessert. Nom Sinteren bei 1600°C fir 4 Stonnen gouf eng bal komplett Konversioun a SiC erreecht, mat engem endgültege Sauerstoffgehalt vun nëmmen 0,12%, wat eng Een-Schrëtt-Fabrikatioun vun héichreineger, komplexstrukturéierter SiC-Keramik ouni Viroxidatiouns- oder Virinfiltratiounsschrëtt erméiglecht huet.
Illustratioun vun der Drockstruktur a sengem Sinterprozess. D'Ausgesinn vun der Prouf no der Trocknung bei (A) 25°C, der Pyrolyse bei (B) 1000°C an der Sinterung bei (C) 1600°C.
Duerch den Design vu photosensitive Si₃N₄ Keramik-Slurries fir Stereolithographie-3D-Drock an duerch d'Benotzung vun Entbindungs-Virsinterung an Héichtemperatur-Alterungsprozesser gouf Si₃N₄ Keramik mat enger theoretescher Dicht vun 93,3%, enger Zuchfestigkeit vun 279,8 MPa an enger Biegefestigkeit vun 308,5–333,2 MPa hiergestallt. Studien hunn erausfonnt, datt ënner Bedingungen vun 45 Vol.-% Feststoffgehalt an enger Beliichtungszäit vun 10 Sekonnen eenschichteg gréng Kierper mat enger Härtungspräzisioun um IT77-Niveau kritt konnte ginn. En Entbindungsprozess bei niddreger Temperatur mat enger Heizungsquote vun 0,1 °C/min huet gehollef, rissfräi gréng Kierper ze produzéieren.
D'Sinteren ass e Schlësselschratt, deen d'Endleistung an der Stereolithographie beaflosst. D'Fuerschung weist, datt d'Zousätzlech vun Sinterhëllefsmëttelen d'Keramikdicht an d'mechanesch Eegeschafte effektiv verbessere kann. Mat CeO₂ als Sinterhëllefsmëttel an elektreschfeldgestëtzter Sintertechnologie fir d'Virbereedung vun héichdichtegem Si₃N₄-Keramik, gouf festgestallt, datt CeO₂ sech op de Käregrenzen segregéiert, wat d'Glitscherei an d'Verdichtung vun de Käregrenzen fördert. Déi resultéierend Keramik huet eng Vickers-Häert vun HV10/10 (1347,9 ± 2,4) an eng Bruchsehegkeet vun (6,57 ± 0,07) MPa·m¹/² gewisen. Mat MgO–Y₂O₃ als Zousätz gouf d'Homogenitéit vun der Keramik-Mikrostruktur verbessert, wat d'Leeschtung däitlech verbessert huet. Bei engem Gesamtdotierungsniveau vun 8 Gew.-% hunn d'Biegefestigkeit an d'Wärmeleitfäegkeet 915,54 MPa respektiv 59,58 W·m⁻¹·K⁻¹ erreecht.
VI. Schlussfolgerung
Zesummegefaasst huet héichreine Siliziumcarbid (SiC) Keramik, als aussergewéinlecht Keramikmaterial fir Ingenieurswiesen, breet Uwendungsperspektiven an Hallefleeder, Loft- a Raumfaart an Ausrüstung fir extrem Konditiounen, gewisen. Dësen Artikel analyséiert systematesch fënnef typesch Virbereedungsweeër fir héichreine SiC Keramik - Rekristallisatiounssinteren, drocklos Sinteren, Heisspressen, Funkenplasmasinteren an additiv Fabrikatioun - mat detailléierten Diskussiounen iwwer hir Verdichtungsmechanismen, Schlësselparameteroptimiséierung, Materialleistung a jeeweileg Virdeeler a Grenzen.
Et ass kloer, datt verschidde Prozesser eenzegaarteg Charakteristiken hunn, wat d'Erreeche vun héijer Rengheet, héijer Dicht, komplexe Strukturen an industrieller Machbarkeet ugeet. D'Technologie vun der additiver Fabrikatioun huet besonnesch e staarkt Potenzial bei der Fabrikatioun vu komplex geformte a personaliséierte Komponenten gewisen, mat Duerchbréch an Ënnerberäicher wéi Stereolithographie a Binder-Jetting, wat et zu enger wichteger Entwécklungsrichtung fir d'Virbereedung vun héichreinem SiC-Keramik mécht.
Zukünfteg Fuerschung iwwer d'Virbereedung vun héichreinem SiC-Keramik muss méi déif gruewen, fir den Iwwergank vu Laboratoire- zu groussskalegen, héich zouverléissegen Ingenieursapplikatiounen ze fërderen, an doduerch eng kritesch Materialënnerstëtzung fir d'Produktioun vun High-End-Ausrüstung an d'Informatiounstechnologien vun der nächster Generatioun ze bidden.
XKH ass en High-Tech-Entreprise, deen sech op d'Fuerschung an d'Produktioun vun héichperformante Keramikmaterialien spezialiséiert huet. Et setzt sech dofir an, personaliséiert Léisunge fir Clienten a Form vun héichreinem Siliziumcarbid (SiC) Keramik ze bidden. D'Firma huet fortgeschratt Materialvirbereedungstechnologien a präzis Veraarbechtungskapazitéiten. Säi Geschäft ëmfaasst d'Fuerschung, d'Produktioun, d'präzis Veraarbechtung an d'Uewerflächenbehandlung vun héichreinem SiC Keramik, déi déi streng Ufuerderunge vun den Hallefleeder, der neier Energie, der Loft- a Raumfaart an anere Beräicher fir héichperformant Keramikkomponenten erfëllt. Duerch d'Notzung vun ausgereiften Sinterprozesser an additiven Herstellungstechnologien kënne mir eise Clienten e One-Stop-Service ubidden, vun der Optimiséierung vun de Materialformelen, der Bildung vu komplexe Strukturen bis zur präziser Veraarbechtung, fir sécherzestellen, datt d'Produkter exzellent mechanesch Eegeschaften, thermesch Stabilitéit a Korrosiounsbeständegkeet hunn.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 30. Juli 2025