Reaktionsgesintertes Siliciumcarbid ist ein wichtiger Hochtemperaturwerkstoff mit hoher Festigkeit, hoher Härte, hoher Verschleißfestigkeit, hoher Korrosionsbeständigkeit, hoher Oxidationsbeständigkeit und anderen hervorragenden Eigenschaften und findet breite Anwendung im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Industrie, der Energiewirtschaft und anderen Bereichen.
1. Rohstoffvorbereitung
Die Herstellung von reaktiv gesintertem Siliciumcarbid erfolgt hauptsächlich durch die Verwendung von Kohlenstoff- und Siliciumpulver. Als Kohlenstoff können verschiedene kohlenstoffhaltige Substanzen wie Kohlenkoks, Graphit, Holzkohle usw. eingesetzt werden. Das Siliciumpulver wird üblicherweise mit einer Partikelgröße von 1–5 µm und hoher Reinheit ausgewählt. Zunächst werden Kohlenstoff- und Siliciumpulver in einem bestimmten Verhältnis gemischt, mit einer geeigneten Menge Bindemittel und Fließmittel versetzt und gleichmäßig verrührt. Anschließend wird die Mischung in einer Kugelmühle weiter homogenisiert und vermahlen, bis die Partikelgröße unter 1 µm liegt.
2. Formgebungsprozess
Der Formprozess ist einer der wichtigsten Schritte bei der Herstellung von Siliciumcarbid. Gängige Formverfahren sind das Pressformen, das Verpressen und das statische Formen. Beim Pressformen wird die Mischung in die Form gegeben und durch mechanischen Druck verformt. Beim Verpressen wird die Mischung mit Wasser oder einem organischen Lösungsmittel vermischt, unter Vakuumbedingungen mit einer Spritze in die Form injiziert und nach dem Aushärten zum fertigen Produkt geformt. Beim statischen Formen wird die Mischung unter Vakuum oder unter Schutzatmosphäre, üblicherweise bei einem Druck von 20–30 MPa, in die Form gegeben.
3. Sinterprozess
Das Sintern ist ein entscheidender Schritt im Herstellungsprozess von reaktionsgesintertem Siliciumcarbid. Sintertemperatur, Sinterzeit, Sinteratmosphäre und weitere Faktoren beeinflussen die Eigenschaften des Produkts. Im Allgemeinen liegt die Sintertemperatur für reaktives Siliciumcarbid zwischen 2000 und 2400 °C, die Sinterzeit beträgt üblicherweise 1–3 Stunden, und die Sinteratmosphäre ist meist inert, beispielsweise mit Argon oder Stickstoff. Während des Sinterns reagiert das Gemisch chemisch und bildet Siliciumcarbidkristalle. Gleichzeitig reagiert Kohlenstoff mit Gasen in der Atmosphäre und bildet Gase wie CO und CO₂, welche die Dichte und die Eigenschaften des Siliciumcarbids beeinflussen. Daher ist die Einhaltung einer geeigneten Sinteratmosphäre und Sinterzeit für die Herstellung von reaktionsgesintertem Siliciumcarbid von großer Bedeutung.
4. Nachbehandlungsprozess
Reaktionsgesintertes Siliciumcarbid erfordert nach der Herstellung eine Nachbehandlung. Gängige Nachbehandlungsverfahren sind Zerspanung, Schleifen, Polieren und Oxidation. Diese Verfahren dienen der Verbesserung der Präzision und Oberflächenqualität des reaktionsgesinterten Siliciumcarbids. Schleifen und Polieren sind gängige Bearbeitungsmethoden, die die Oberflächengüte und Ebenheit des Siliciumcarbids verbessern. Durch Oxidation bildet sich eine Oxidschicht, die die Oxidationsbeständigkeit und chemische Stabilität des reaktionsgesinterten Siliciumcarbids erhöht.
Kurz gesagt, die Herstellung von reaktivem Siliciumcarbid durch Sintern ist ein komplexer Prozess, der die Beherrschung verschiedener Technologien und Verfahren erfordert, darunter die Rohmaterialaufbereitung, das Formgebungsverfahren, das Sinterverfahren und die Nachbehandlung. Nur durch die umfassende Beherrschung dieser Technologien und Verfahren lassen sich hochwertige reaktive Siliciumcarbid-Werkstoffe herstellen, die den Anforderungen verschiedener Anwendungsbereiche gerecht werden.
Veröffentlichungsdatum: 06.07.2023