陶瓷3D打印碳化硅燒結(jié)技術(shù)分享之一:反應(yīng)燒結(jié)SiC
反應(yīng)燒結(jié)SiC(Reaction Bonded Silicon Carbide, RB)
將碳化硅粉、碳粉與有機粘結(jié)劑混合,經(jīng)過成型、干燥、排膠(脫脂),最后滲硅獲得制品。國內(nèi)外制造反應(yīng)燒結(jié)碳化硅絕大部分都采用此方法。
燒結(jié)過程中幾乎沒有收縮及尺寸變化,具有燒結(jié)溫度低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點,適合制備大尺寸復(fù)雜形狀碳化硅陶瓷制品。
反應(yīng)燒結(jié)SiC 的密度3.05g/cm^3~3.15g/cm^3,彈性模量380GPa~430GPa,彎曲強度350-500 MPa,斷裂韌性4.0-5.0 MPa·m^1/2。但隨著Si 含量增加,強度和斷裂韌性線性下降;當Si 含量一定時,隨著SiC 晶粒尺寸減小,強度增大。高溫下游離硅塑性增大,使材料的斷裂韌性隨溫度增大,從室溫下4 MPa·m^1/2 增加到1200 ℃下的12 MPa·m^1/2。
為了保證滲硅的完全,素坯(α-SiC+C)應(yīng)當具有足夠的孔隙度。因此必須嚴格控制素坯密度,通過調(diào)整最初混合料中α-SiC 和C 的含量、α-SiC 的粒度級配、C 的形狀和粒度以及成型壓力等手段可以獲得適當?shù)乃嘏髅芏?。反?yīng)完成后SiC顆粒的殘留氣孔由游離Si 填充,從而可以獲得致密燒結(jié)體。
采用亞微米級SiC(0.4-0.5 μm)顆粒為原料,調(diào)節(jié)配方中C 和SiC 的質(zhì)量比值在0.1-0.5 之間,通過濕法成型制備素坯,反應(yīng)燒結(jié)制備密度達到3.1 g/cm^3 的RBSC 陶瓷材料,由于材料中游離Si 的尺寸細小,普遍在100 nm 以下,材料組織分布均勻,因此材料抗彎強度可以達到1000 MPa 以上。
反應(yīng)燒結(jié)SiC 陶瓷材料的使用溫度一般不超過1400 ℃。當溫度過高時,游離Si 熔化,從而導(dǎo)致材料的強度迅速下降。
注:也可通過裂解高分子聚合物,制備全碳多孔坯體,再經(jīng)高溫滲硅制備了高性能的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅,但成本很高。