Comment résoudre le problème des fissures de frittage dans la céramique en carbure de silicium? - Semi-conducteur Vetek

Dans le domaine de la fabrication industrielle moderne, les matériaux céramiques hautes performances sont progressivement devenus les matériaux privilégiés pour les applications industrielles clés en raison de leur excellente résistance à l'usure, de leur résistance aux températures élevées et de leur stabilité chimique. Les céramiques de carbure de silicium (SiC) de haute pureté sont devenues un choix idéal pour de nombreux domaines industriels en raison de leurs propriétés physiques et chimiques uniques, telles qu'une résistance élevée, une dureté élevée et une bonne conductivité thermique. Cependant, dans le processus de préparation des céramiques de carbure de silicium, le problème des fissures de frittage a toujours été un goulot d'étranglement limitant l'amélioration des performances. Cet article explorera en profondeur les problèmes de performances des fissures de frittage dans les céramiques de carbure de silicium de haute performance et de haute pureté et proposera des solutions.

Ⅰ. Contexte d'application des céramiques en carbure de silicium haute performance

Les céramiques de carbure de silicium ont de larges perspectives d'application dans l'aérospatiale, l'industrie automobile, les équipements énergétiques et d'autres domaines. Dans le domaine aérospatial, les céramiques de carbure de silicium sont utilisées pour fabriquer des aubes de turbine et des chambres de combustion capables de résister à des températures extrêmement élevées et à des environnements oxydants. Dans l'industrie automobile, les céramiques de carbure de silicium peuvent être utilisées pour fabriquer des rotors de turbocompresseur afin d'atteindre des vitesses et une durabilité plus élevées. Dans les équipements énergétiques, les céramiques de carbure de silicium sont largement utilisées dans les composants clés des réacteurs nucléaires et des centrales électriques à combustibles fossiles pour améliorer l'efficacité opérationnelle et la sécurité des équipements.

Ⅱ. Causes de fissures de frittage dans la céramique en carbure de silicium

Les céramiques en carbure de silicium sont sujettes aux fissures lors du processus de frittage. Les principales raisons comprennent les aspects suivants :

Propriétés de la poudre: La taille des particules, la surface spécifique et la pureté de la poudre de carbure de silicium affectent directement le processus de frittage. La poudre de carbure de silicium à fines particules de haute pureté est plus susceptible de produire une microstructure uniforme pendant le processus de frittage, réduisant ainsi l'apparition de fissures.

Pression de moulage: La pression de moulage a un effet significatif sur la densité et l'uniformité de l'ébauche en carbure de silicium. Une pression de moulage trop élevée ou trop faible peut provoquer une concentration de contraintes à l'intérieur de l'ébauche, augmentant ainsi le risque de fissures.

Température et durée de frittage: La température de frittage des céramiques en carbure de silicium est généralement comprise entre 2000°C et 2400°C, et le temps d'isolation est également long. Un contrôle déraisonnable de la température et du temps de frittage entraînera une croissance anormale des grains et des contraintes inégales, provoquant ainsi des fissures.

Taux de chauffage et taux de refroidissement: Un chauffage et un refroidissement rapides produiront des contraintes thermiques à l’intérieur du flan, conduisant à la formation de fissures. Un contrôle raisonnable des taux de chauffage et de refroidissement est la clé pour prévenir les fissures.

Ⅲ. Méthodes pour améliorer les performances des fissures de frittage de la céramique en carbure de silicium

Afin de résoudre le problème des fissures de frittage dans les céramiques de carbure de silicium, les méthodes suivantes peuvent être adoptées :

Prétraitement de la poudre: Optimisez la distribution de la taille des particules et la surface spécifique de la poudre de carbure de silicium à travers des processus tels que le séchage par pulvérisation et le broyage à billes pour améliorer l'activité de frittage de la poudre.

Optimisation du processus de formage: Utilisez des technologies de formation avancées telles que la pressage isostatique et la formation de glissement pour améliorer l'uniformité et la densité du blanc et réduire la concentration de contrainte interne.

Contrôle du processus de frittage: Optimisez la courbe de frittage, sélectionnez la température de frittage appropriée et le temps de maintien et contrôler la croissance des grains et la distribution des contraintes. Dans le même temps, adoptez des processus tels que le frittage segmenté et le pressage isostatique chaud (HIP) pour réduire davantage la survenue de fissures.

Ajout d'additifs: L'ajout de quantités appropriées d'éléments de terres rares ou d'additifs d'oxyde, tels que l'oxyde d'yttrium, l'oxyde d'aluminium, etc., peut favoriser la densification du frittage et améliorer la résistance aux fissures du matériau.

Ⅳ.À propos It semi-conducteurCéramiques de carbure de silicium

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