Siliziumkarbidkeramiken zeichnen sich durch hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen, Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, gute Verschleißfestigkeit, hohe thermische Stabilität, einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Härte, Temperaturwechselbeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit und weitere hervorragende Eigenschaften aus. Sie finden breite Anwendung in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, im Umweltschutz, in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Informationselektronik, in der Energiewirtschaft und anderen Bereichen und haben sich in vielen Industriezweigen zu einer unersetzlichen Strukturkeramik mit exzellenten Eigenschaften entwickelt. Lassen Sie mich Ihnen das nun zeigen!
Druckloses Sintern
Das drucklose Sintern gilt als vielversprechendste Methode zur SiC-Sinterung. Je nach Sintermechanismus lässt es sich in Festphasen- und Flüssigphasensintern unterteilen. S. Proehazka sinterte ultrafeines β-SiC-Pulver mit einer geeigneten Menge Bor und Kohlenstoff (Sauerstoffgehalt < 2 %) bei 2020 °C zu einem SiC-Sinterkörper mit einer Dichte von über 98 %. A. Mulla et al. verwendeten Al₂O₃ und Y₂O₃ als Additive und sinterten 0,5 μm β-SiC (Partikeloberfläche mit geringen SiO₂-Anteilen) bei 1850–1950 °C. Die relative Dichte der erhaltenen SiC-Keramik beträgt über 95 % der theoretischen Dichte, die Korngröße ist klein und die durchschnittliche Korngröße liegt bei 1,5 μm.
Heißpresssintern
Reines SiC lässt sich ohne Sinterhilfsmittel nur bei sehr hohen Temperaturen kompakt sintern. Daher wird häufig das Heißpresssinterverfahren für SiC eingesetzt. Es gibt zahlreiche Veröffentlichungen zum Heißpresssintern von SiC unter Zugabe von Sinterhilfsmitteln. Alliegro et al. untersuchten den Einfluss von Bor, Aluminium, Nickel, Eisen, Chrom und anderen Metallzusätzen auf die SiC-Verdichtung. Die Ergebnisse zeigen, dass Aluminium und Eisen die effektivsten Zusätze zur Förderung des SiC-Heißpresssinterns sind. FFlange untersuchte den Einfluss unterschiedlicher Mengen an Al₂O₃ auf die Eigenschaften von heißgepresstem SiC. Es wird angenommen, dass die Verdichtung von heißgepresstem SiC mit dem Mechanismus der Lösungs- und Ausfällungsphasen zusammenhängt. Allerdings lassen sich mit dem Heißpresssinterverfahren nur SiC-Bauteile mit einfacher Form herstellen. Die durch einmaliges Heißpresssintern erzeugte Produktmenge ist sehr gering, was für die industrielle Fertigung ungeeignet ist.
Heißisostatisches Presssintern
Um die Nachteile des traditionellen Sinterverfahrens zu überwinden, wurden B- und C-Typ-Zusätze verwendet und das Heißisostatpressverfahren (HIP) angewendet. Bei 1900 °C wurden feinkristalline Keramiken mit einer Dichte von über 98 g/cm³ erhalten, deren Biegefestigkeit bei Raumtemperatur 600 MPa erreichte. Obwohl mit dem HIP-Verfahren dichte Phasen mit komplexen Formen und guten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden können, ist der Sinterprozess aufgrund der notwendigen Abdichtung für die industrielle Fertigung schwierig umzusetzen.
Reaktionssintern
Reaktionssintern von Siliciumcarbid, auch bekannt als selbstgebundenes Siliciumcarbid, bezeichnet ein Verfahren, bei dem ein poröser Rohling mit der Gas- oder Flüssigphase reagiert. Dadurch werden die Rohlingsqualität verbessert, die Porosität reduziert und Sinterprodukte mit definierter Festigkeit und Maßgenauigkeit hergestellt. α-SiC-Pulver und Graphit werden in einem bestimmten Verhältnis gemischt und auf ca. 1650 °C erhitzt, um einen quadratischen Rohling zu formen. Gleichzeitig dringt gasförmiges Silicium in den Rohling ein und reagiert mit dem Graphit zu β-SiC, das sich mit den vorhandenen α-SiC-Partikeln verbindet. Nach vollständiger Infiltration des Siliciums entsteht ein Reaktionssinterkörper mit vollständiger Dichte und ohne Schrumpfung. Im Vergleich zu anderen Sinterverfahren ist die Größenänderung beim Reaktionssintern während der Verdichtung gering, sodass Produkte mit präzisen Abmessungen hergestellt werden können. Allerdings verschlechtert das Vorhandensein einer großen Menge SiC im Sinterkörper die Hochtemperatureigenschaften von reaktionsgesinterten SiC-Keramiken.
Veröffentlichungsdatum: 08.06.2022