Технология вакуумного термокомпрессования карбида кремния и анализ оборудования
Карбид кремния (SiC) является высокопроизводительным керамическим материалом, с высокой прочностью, высокой твердостью, высокой температурой, коррозионной стойкостью, антиоксидантными и другими отличными свойствами, широко используется в аэрокосмической, ядерной энергии, полупроводниках, машиностроении и других областях. Технология вакуумного термокомпрессования является одной из ключевых технологий подготовки высокопроизводительной карбидной кремниевой керамики, которая анализируется ниже с точки зрения технологического принципа, технологического процесса, ключевого оборудования и технических проблем.
1 Принцип вакуумного термокомпрессионного процесса карбида кремния
Вакуумное тепловое давление (Vacuum Hot Pressing, VHP) - это процесс, который сочетает в себе высокотемпературное спекание с механическим давлением. Его основные принципы заключаются в следующем:
- 1. Вакуумная среда: исключает кислород и примесные газы, помогает избежать окисления материала, способствует уплотнению.
- 2. Высокотемпературное спекание: диффузия и перемещение границ кристаллов между частицами порошка карбида кремния при нагревании сопротивлением или индукционном нагревании.
- Механическое давление: одностороннее или двустороннее давление (обычно 10 - 50 МПа) для устранения пористости посредством пластического потока и перегруппировки частиц, повышения плотности материала. Анализ технологических процессов
II. Анализ технологических процессов
- 1 Предварительная обработка сырья:
Порошок карбида кремния требует высокой чистоты (≥99,9%), сверхмелкозернистости (субмикрон) и добавления спекающих добавок (например, Al2O2 - Y2O2, B4C и т. Д.) для снижения температуры спекания.
Порошок должен быть равномерно смешан и оптимизирован для распределения частиц с помощью шаровой мельницы или ультразвуковой дисперсии.
- 2. Модель и предварительное давление:
Загрузите порошок в графитовую форму (высокотемпературную, термостойкую), предварительно оформите холодное давление, чтобы уменьшить последующее сокращение.
- 3. Вакуумное термокомпрессионное спекание:
Этап нагрева: нагревание до 1700 - 2200°C под защитой вакуума или инертного газа (например, AR) (конкретная температура зависит от свойств добавки и порошка).
Стадия давления: постоянное давление при высокой температуре, время выдержки давления обычно составляет от 30 минут до нескольких часов.
Стадия охлаждения: медленное охлаждение (чтобы избежать трещин от теплового напряжения), извлечение корпуса заготовки после разгрузки.
- 4. Обработка после:
Механическая обработка (например, шлифование, полировка) для удовлетворения точности размера.
Обработка поверхности (например, покрытие) для повышения коррозионной или функциональной стойкости.
III. Анализ основного имущества
Ядром вакуумного термокомпрессионного оборудования является вакуумная термокомпрессионная печь, основные компоненты которой включают:
- 1 Структура печи:
Вакуумная камера: материал из нержавеющей стали, оснащенный высоковакуумным насосным агрегатом (механический насос + молекулярный насос), вакуум до 10 - 3 ~ 10 - 4 Па.
Изоляция: многослойные композиционные материалы из графита или углеродного волокна, уменьшающие потерю тепла.
- 2 Система нагрева:
Сопротивление нагрева: графитовое тепло (максимальная температура до 2200 °C), подходит для крупногабаритных деталей.
Индукционный нагрев: высокочастотный источник питания + графитовая или молибденовая индукционная катушка, высокая скорость нагрева, высокая точность контроля температуры.
- 3 Система давления:
Гидравлическое или электрическое давление: давление через сервомотор или гидравлический цилиндр, диапазон давления 10 - 100 МПа.
Конструкция формы: графитовая форма должна быть устойчивой к высокой температуре, износостойкости, структура формы влияет на эффективность формования и форму продукта.
- 4Системы контроля:
Мониторинг температуры, давления и вакуума в режиме реального времени, с помощью PID - алгоритма для достижения точного управления замкнутым контуром.
Функция записи данных и сигнализации о неисправностях обеспечивает стабильность процесса.
IV. Области применения
Полупроводники: тигель и эпитаксиальная подложка для выращивания монокристаллов SiC. Аэрокосмическая промышленность: Детали конструкций, устойчивые к высоким температурам (например, лопатки турбин, облицовка камер сгорания). Ядерная промышленность: оболочка для ядерного топлива, материал, поглощающий нейтроны. Область применения в оптоэлектронике: крупногабаритная подложка для оптического зеркала.
Резюме
Технология вакуумного теплового давления карбида кремния благодаря сочетанию высокой температуры, высокого давления и вакуумной среды может обеспечить высокую плотность и превосходные характеристики материала. Его основное оборудование вакуумные термобарические печи должны учитывать высокотемпературную стабильность, точность давления и возможности вакуумного управления. В будущем, с ростом спроса на высокопроизводительную керамику в высокотехнологичной промышленности, технология будет продолжать прорываться в инновациях материалов и модернизации оборудования.
