Kiselkarbid - Alpha SiC

Kiselkarbid (SiC) finns i flera olika former eller polytyper; alfa-SiC är mest populär och har en hexagonal kristallstruktur som liknar wurtzit.

Cubic b-SiC har å andra sidan utmärkta elektriska egenskaper och lämpar sig för maskinbearbetning. Dessutom har det överlägsna egenskaper när det används för slipning med hög precision.

Hårdhet

Kiselkarbid är en av de tre hårdaste substanserna på jorden, efter diamant och borkarbid när det gäller hårdhet. Detta gör den extremt motståndskraftig mot kompression samt erosion från nötning och höga temperaturer, vilket gör den lämplig för blästring och slipning.

SiC är känt för sin överlägsna mekaniska och elektriska ledningsförmåga. Beta-kiselkarbid har en kubisk mikrostruktur som gör att elektroner snabbt kan passera genom den, vilket gör den lämplig för vissa elektriska tillämpningar. Dessutom kan detta material formas till olika former med mindre energianvändning jämfört med alfa-kiselkarbid för tillverkningstillämpningar.

Hårdheten hos SiC-keramik beror på många variabler, inklusive densitet och kornstorlek i matrisen. Agglomerering av förstärkande partiklar kan också avsevärt förändra dess mekaniska egenskaper; för denna studie undersökte vi vilken effekt tillsats av grafen tillsammans med nano b-SiC hade på Youngs modul, hårdhet, brottseghet (trepunkt och biaxial), Youngs modulmodul för sintrad alfa sic-keramik.

Resultaten visade att både Youngs modul och provets hårdhet ökade med ökande innehåll av nano-b-SiC upp till 5 viktprocent; omvänt ledde grafeninnehållet till att provets hårdhet minskade, vilket möjligen kan tillskrivas mekanismer för spricköverbryggning under indentation med Vickers-diamant. Denna ökning tillskrevs spricköverbryggningsmekanismer under Vickers-diamantindragning.

Elektrisk konduktivitet

Även om alfa-sics densitet är väldokumenterad är dess elektriska ledningsförmåga fortfarande okänd för många människor. Porös kiselkarbid erbjuder många unika elektriska egenskaper; dess resistivitet kan till och med skräddarsys för specifika tillämpningar.

Kiselkarbid förekommer i olika polymorfer eller kristallstrukturer. Två av de mer populära är alfa- och betakiselkarbider; där alfa vanligtvis bildas vid temperaturer över 1.700 degC med hexagonala kristaller som liknar Wurtzite medan beta vanligtvis bildas vid lägre temperaturer med zinkblendekristallstrukturer som liknar diamant.

b-SiC:s mindre täta struktur gör den mindre tät än alfa-kiselkarbid och dess unika egenskaper gör den olämplig för vissa tillämpningar. Det har låg brottseghet och hög sprödhet, men dess överlägsna hårdhet och motståndskraft mot kemiska angrepp gör det till ett populärt val för stöd för wafertråg och paddlar i halvledarugnar.

Porös kiselkarbidkeramiks elektriska resistivitet förändras med förändrad porositet, men dess resistans kan också förändras av sekundära faser i den, såsom grafen eller kolnanorör, som förändrar dess elektriska resistivitet. Ett annat sätt att modulera dess elektriska resistans är att införliva olika nitrider i systemet.

Täthet

Kiselkarbid (a-SiC) har en hexagonal kristallstruktur som liknar Wurtzite. Betamodifieringen (b-SiC), med sin zinkbländande kristallstruktur, har dock få kommersiella tillämpningar jämfört med sin alfakusin, men dess zinkbländande struktur ger ändå ökad yta och mindre porositet, vilket gör den lämplig som stöd för heterogena katalysatorer. Ramkomprimerade a-SiC-kroppar och het isostatiskt pressad (HIP) b-SiC har nära teoretiska densiteter med ultrafina kornstorlekar för överlägsen hållfasthet samt mycket god oxidationsbeständighet och krypbeständighet vid höga temperaturer, medan båda ger utmärkta korrosionsbeständighetsegenskaper HIP b-SiC erbjuder utmärkt motståndskraft som stöd för heterogena katalysatorer.

Hexoloy SA SiC har en teoretisk densitet på 98%. De fina och konstruerade partikelstorlekarna ger låga porositetsnivåer och ger ett exceptionellt skydd mot rotations- och glidkrafter som kan orsaka erosion.

Sintring

Sintring är en fysikalisk process där partiklar av alfapulver förflyttar sig till områden med lägre kemisk potential, vilket leder till att de packas närmare varandra och skapar tätare aggregat. Atomer kan röra sig genom diffusion eller materialtransportmekanismer baserade på plastisk deformation och dislokationsrörelse, vilket orsakar större täthet bland deras beståndsdelar.

Sintring utförs normalt vid höga temperaturer och schemat kan variera beroende på volymen och sammansättningen av en sats av pulverblandningen som sintras. Sintringstemperaturen måste vara tillräckligt hög för att främja densifieringen av keramiska kroppar utan att skapa överdriven korntillväxt som minskar hållfastheten och hållbarheten.

Sintring av alpha sic kan ske med hjälp av olika tekniker, bl.a. sintring med elektrisk ström och motståndssintring. Båda processerna använder elektrisk ström för att driva sintringen; de skiljer sig endast åt i sina appliceringsmetoder: motståndssintring använder inte tryck medan elektrisk strömsintring använder både elektriska och termiska spänningar för att uppnå denna process.

Sintring i vätskefas blir en alltmer populär metod för sintring av alfa-keramik. I denna process tillsätts flytande tillsatser till sintringspulver och dras in i porer i keramiken genom kapillärkrafter; när de väl är i kontakt med dessa porer smälter dessa flytande tillsatser och diffunderar mellan korn och omorganiserar deras packningsmönster till tätare packningsarrangemang som minskar porositeten samtidigt som styrkan ökar.