Ceramika z węglika krzemu (SiC) o wysokiej czystości stała się idealnym materiałem do produkcji kluczowych komponentów w przemyśle półprzewodnikowym, lotniczym i chemicznym ze względu na swoją wyjątkową przewodność cieplną, stabilność chemiczną i wytrzymałość mechaniczną. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na wysokowydajne, niskoemisyjne urządzenia ceramiczne, rozwój wydajnych i skalowalnych technologii przygotowania ceramiki SiC o wysokiej czystości stał się globalnym celem badań. Niniejszy artykuł dokonuje systematycznego przeglądu głównych metod przygotowania ceramiki SiC o wysokiej czystości, w tym spiekania rekrystalizacyjnego, spiekania bezciśnieniowego (PS), prasowania na gorąco (HP), spiekania plazmowego z iskrą (SPS) oraz wytwarzania addytywnego (AM), ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmów spiekania, kluczowych parametrów, właściwości materiałów oraz wyzwań związanych z każdym procesem.
Zastosowanie ceramiki SiC w wojsku i inżynierii
Obecnie komponenty ceramiczne SiC o wysokiej czystości są szeroko stosowane w urządzeniach do produkcji płytek krzemowych, uczestnicząc w procesach rdzeniowych, takich jak utlenianie, litografia, trawienie i implantacja jonów. Wraz z postępem technologii płytek, zwiększanie ich rozmiarów stało się znaczącym trendem. Obecnie najpopularniejszy rozmiar płytek wynosi 300 mm, co zapewnia dobrą równowagę między kosztami a wydajnością. Jednak, zgodnie z prawem Moore'a, masowa produkcja płytek o średnicy 450 mm jest już w planach. Większe płytki zazwyczaj wymagają wyższej wytrzymałości strukturalnej, aby zapobiec odkształceniom i deformacjom, co dodatkowo napędza rosnące zapotrzebowanie na wielkogabarytowe, wysokowytrzymałe i czyste komponenty ceramiczne SiC. W ostatnich latach produkcja addytywna (druk 3D), jako technologia szybkiego prototypowania, która nie wymaga form, wykazała ogromny potencjał w wytwarzaniu elementów ceramicznych SiC o złożonej strukturze ze względu na możliwość warstwowego tworzenia i elastyczne możliwości projektowania, co przyciągnęło powszechne zainteresowanie.
W artykule tym dokonano systematycznej analizy pięciu reprezentatywnych metod przygotowywania ceramiki SiC o wysokiej czystości — spiekania rekrystalizacyjnego, spiekania bezciśnieniowego, prasowania na gorąco, spiekania plazmowego i wytwarzania addytywnego — ze szczególnym uwzględnieniem mechanizmów spiekania, strategii optymalizacji procesów, charakterystyki wydajności materiałów i perspektyw zastosowań przemysłowych.
Wymagania dotyczące surowca w postaci węglika krzemu o wysokiej czystości
I. Spiekanie rekrystalizacyjne
Rekrystalizowany węglik krzemu (RSiC) to wysokiej czystości materiał SiC, wytwarzany bez użycia środków wspomagających spiekanie w wysokich temperaturach 2100–2500°C. Od czasu, gdy Fredriksson po raz pierwszy odkrył zjawisko rekrystalizacji pod koniec XIX wieku, RSiC zyskał znaczną uwagę ze względu na wyraźne granice ziaren oraz brak faz szklistych i zanieczyszczeń. W wysokich temperaturach SiC charakteryzuje się stosunkowo wysoką prężnością par, a mechanizm jego spiekania opiera się głównie na procesie parowania i kondensacji: drobne ziarna odparowują i osadzają się na powierzchniach większych ziaren, co sprzyja wzrostowi szyjek i bezpośredniemu łączeniu między ziarnami, zwiększając w ten sposób wytrzymałość materiału.
W 1990 roku Kriegesmann przygotował RSiC o gęstości względnej 79,1% metodą odlewania gęstwy w temperaturze 2200°C, z przekrojem poprzecznym wykazującym mikrostrukturę złożoną z grubych ziaren i porów. Następnie Yi i in. zastosowali odlewanie żelowe do przygotowania brył i spiekali je w temperaturze 2450°C, uzyskując ceramikę RSiC o gęstości nasypowej 2,53 g/cm³ i wytrzymałości na zginanie 55,4 MPa.
Powierzchnia pęknięcia RSiC widoczna metodą SEM
W porównaniu z gęstym SiC, RSiC charakteryzuje się niższą gęstością (około 2,5 g/cm³) i porowatością otwartą wynoszącą około 20%, co ogranicza jego wydajność w zastosowaniach wymagających wysokiej wytrzymałości. Dlatego poprawa gęstości i właściwości mechanicznych RSiC stała się kluczowym celem badań. Sung i in. zaproponowali infiltrację stopionego krzemu do wyprasek z mieszanego węgla i β-SiC oraz rekrystalizację w temperaturze 2200°C, co pozwoliło na uzyskanie struktury sieciowej złożonej z grubych ziaren α-SiC. Uzyskany RSiC osiągnął gęstość 2,7 g/cm³ i wytrzymałość na zginanie 134 MPa, zachowując doskonałą stabilność mechaniczną w wysokich temperaturach.
Aby jeszcze bardziej zwiększyć gęstość, Guo i in. zastosowali technologię infiltracji i pirolizy polimerów (PIP) do wielokrotnej obróbki RSiC. Używając roztworów PCS/ksylenu i zawiesin SiC/PCS/ksylenu jako infiltrantów, po 3–6 cyklach PIP gęstość RSiC uległa znacznej poprawie (do 2,90 g/cm³), a także jego wytrzymałość na zginanie. Ponadto zaproponowali oni cykliczną strategię łączącą PIP i rekrystalizację: pirolizę w temperaturze 1400°C, a następnie rekrystalizację w temperaturze 2400°C, skutecznie usuwając blokady cząstek i redukując porowatość. Końcowy materiał RSiC osiągnął gęstość 2,99 g/cm³ i wytrzymałość na zginanie 162,3 MPa, co świadczy o jego wyjątkowej wszechstronności.
Obrazy SEM ewolucji mikrostruktury polerowanego RSiC po cyklach impregnacji polimerem i pirolizy (PIP)-rekrystalizacji: Początkowy RSiC (A), po pierwszym cyklu rekrystalizacji PIP (B) i po trzecim cyklu (C)
II. Spiekanie bezciśnieniowe
Ceramika z węglika krzemu (SiC) spiekana metodą bezciśnieniową jest zazwyczaj przygotowywana z wysokiej czystości, ultradrobnego proszku SiC jako surowca, z dodatkiem niewielkich ilości środków wspomagających spiekanie, a następnie spiekana w atmosferze obojętnej lub próżni w temperaturze 1800–2150°C. Metoda ta nadaje się do produkcji dużych elementów ceramicznych o złożonej strukturze. Jednakże, ponieważ SiC jest głównie wiązany kowalencyjnie, jego współczynnik samodyfuzji jest wyjątkowo niski, co utrudnia zagęszczanie bez środków wspomagających spiekanie.
Ze względu na mechanizm spiekania, spiekanie bezciśnieniowe można podzielić na dwie kategorie: spiekanie bezciśnieniowe w fazie ciekłej (PLS-SiC) i spiekanie bezciśnieniowe w fazie stałej (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (spiekanie w fazie ciekłej)
PLS-SiC jest zazwyczaj spiekany w temperaturze poniżej 2000°C poprzez dodanie około 10% wag. eutektycznych środków wspomagających spiekanie (takich jak Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ i tlenki pierwiastków ziem rzadkich RE₂O₃), tworząc fazę ciekłą, która sprzyja przegrupowaniu cząstek i przenoszeniu masy, co prowadzi do zagęszczenia. Proces ten nadaje się do ceramiki SiC klasy przemysłowej, ale nie ma doniesień o uzyskaniu SiC o wysokiej czystości poprzez spiekanie w fazie ciekłej.
1.2 PSS-SiC (spiekanie w stanie stałym)
Proces PSS-SiC polega na zagęszczaniu w stanie stałym w temperaturach powyżej 2000°C z dodatkiem około 1% wag. dodatków. Proces ten opiera się głównie na dyfuzji atomowej i przegrupowaniu ziaren pod wpływem wysokich temperatur, co pozwala na obniżenie energii powierzchniowej i uzyskanie zagęszczenia. System BC (bor-węgiel) to powszechnie stosowana kombinacja dodatków, która może obniżyć energię graniczną ziaren i usunąć SiO₂ z powierzchni SiC. Jednak tradycyjne dodatki BC często wprowadzają resztkowe zanieczyszczenia, obniżając czystość SiC.
Dzięki kontrolowaniu zawartości dodatków (B 0,4% wag., C 1,8% wag.) i spiekaniu w temperaturze 2150°C przez 0,5 godziny uzyskano ceramikę SiC o wysokiej czystości, o czystości 99,6% wag. i gęstości względnej 98,4%. Mikrostruktura wykazywała ziarna kolumnowe (niektóre o długości przekraczającej 450 µm), z niewielkimi porami na granicach ziaren i cząstkami grafitu wewnątrz ziaren. Ceramika charakteryzowała się wytrzymałością na zginanie 443 ± 27 MPa, modułem sprężystości 420 ± 1 GPa i współczynnikiem rozszerzalności cieplnej 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ w zakresie temperatur od pokojowej do 600°C, co świadczy o doskonałych parametrach.
Mikrostruktura PSS-SiC: (A) obraz SEM po polerowaniu i trawieniu NaOH; (BD) obrazy BSD po polerowaniu i trawieniu
III. Spiekanie na gorąco
Spiekanie metodą prasowania na gorąco (HP) to technika zagęszczania, która polega na jednoczesnym podawaniu ciepła i ciśnienia jednoosiowego do materiałów proszkowych w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Wysokie ciśnienie znacząco hamuje tworzenie porów i ogranicza wzrost ziaren, podczas gdy wysoka temperatura sprzyja łączeniu ziaren i tworzeniu gęstych struktur, ostatecznie prowadząc do uzyskania ceramiki SiC o wysokiej gęstości i czystości. Ze względu na kierunkowy charakter prasowania, proces ten ma tendencję do wywoływania anizotropii ziaren, co wpływa na właściwości mechaniczne i odporność na zużycie.
Czysta ceramika SiC jest trudna do zagęszczenia bez dodatków, co wymaga spiekania pod ultrawysokim ciśnieniem. Nadeau i in. z powodzeniem przygotowali w pełni zagęszczony SiC bez dodatków w temperaturze 2500°C i przy 5000 MPa; Sun i in. otrzymali materiały masowe β-SiC o twardości Vickersa do 41,5 GPa przy 25 GPa i 1400°C. Przy ciśnieniu 4 GPa przygotowano ceramikę SiC o gęstości względnej wynoszącej odpowiednio około 98% i 99%, twardości 35 GPa i module sprężystości 450 GPa w temperaturze odpowiednio 1500°C i 1900°C. Spiekanie mikronowego proszku SiC w temperaturze 5 GPa i 1500°C dało ceramikę o twardości 31,3 GPa i gęstości względnej 98,4%.
Chociaż wyniki te dowodzą, że ultrawysokie ciśnienie pozwala na uzyskanie zagęszczenia bez dodatku dodatków, złożoność i wysoki koszt wymaganego sprzętu ograniczają zastosowania przemysłowe. Dlatego w praktyce często stosuje się dodatki śladowe lub granulację proszku w celu zwiększenia siły napędowej spiekania.
Dodanie 4% wag. żywicy fenolowej jako dodatku i spiekanie w temperaturze 2350°C pod ciśnieniem 50 MPa pozwoliło uzyskać ceramikę SiC o stopniu zagęszczenia 92% i czystości 99,998%. Zastosowanie niewielkich ilości dodatków (kwas borowy i D-fruktoza) oraz spiekanie w temperaturze 2050°C pod ciśnieniem 40 MPa pozwoliło na uzyskanie wysokiej czystości SiC o gęstości względnej >99,5% i zawartości resztkowego B wynoszącej zaledwie 556 ppm. Obrazy SEM wykazały, że w porównaniu z próbkami spiekanymi bezciśnieniowo, próbki prasowane na gorąco charakteryzowały się mniejszymi ziarnami, mniejszą liczbą porów i większą gęstością. Wytrzymałość na zginanie wyniosła 453,7 ± 44,9 MPa, a moduł sprężystości 444,3 ± 1,1 GPa.
Wydłużenie czasu wygrzewania w temperaturze 1900°C spowodowało zwiększenie rozmiaru ziarna z 1,5 μm do 1,8 μm, a także poprawę przewodności cieplnej ze 155 do 167 W·m⁻¹·K⁻¹, a także zwiększenie odporności na korozję plazmową.
W warunkach 1850°C i 30 MPa, prasowanie na gorąco i szybkie prasowanie na gorąco granulowanego i wyżarzanego proszku SiC pozwoliło uzyskać w pełni gęstą ceramikę β-SiC bez żadnych dodatków, o gęstości 3,2 g/cm³ i temperaturze spiekania niższej o 150–200°C niż w procesach tradycyjnych. Ceramika charakteryzowała się twardością 2729 GPa, wytrzymałością na pękanie 5,25–5,30 MPa·m^1/2 oraz doskonałą odpornością na pełzanie (szybkości pełzania 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ i 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹ w temperaturach 1400°C/1450°C i 100 MPa).
(A) Obraz SEM polerowanej powierzchni; (B) Obraz SEM powierzchni pęknięcia; (C, D) Obraz BSD polerowanej powierzchni
W badaniach nad drukiem 3D ceramiki piezoelektrycznej, zawiesina ceramiczna, jako kluczowy czynnik wpływający na proces formowania i wydajność, stała się kluczowym obszarem zainteresowania w kraju i za granicą. Aktualne badania wskazują, że parametry takie jak wielkość cząstek proszku, lepkość zawiesiny i zawartość części stałych znacząco wpływają na jakość formowania i właściwości piezoelektryczne produktu końcowego.
Badania wykazały, że zawiesiny ceramiczne przygotowane z proszków tytanianu baru o rozmiarach mikronowych, submikronowych i nanometrycznych wykazują znaczące różnice w procesach stereolitografii (np. LCD-SLA). Wraz ze zmniejszaniem się wielkości cząstek, lepkość zawiesiny wyraźnie wzrasta, a proszki o rozmiarach nanometrycznych dają zawiesiny o lepkościach sięgających miliardów mPa·s. Zawiesiny z proszkami o rozmiarach mikronowych są podatne na rozwarstwianie i łuszczenie podczas drukowania, podczas gdy proszki o rozmiarach submikronowych i nanometrycznych wykazują bardziej stabilne właściwości formowania. Po spiekaniu w wysokiej temperaturze otrzymane próbki ceramiczne osiągnęły gęstość 5,44 g/cm³, współczynnik piezoelektryczny (d₃₃) około 200 pC/N i niskie współczynniki strat, co przekłada się na doskonałe właściwości elektromechaniczne.
Ponadto, w procesach mikrostereolitografii, dostosowanie zawartości części stałych w zawiesinach typu PZT (np. 75% wag.) pozwoliło uzyskać spiekane bryły o gęstości 7,35 g/cm³, osiągając stałą piezoelektryczną do 600 pC/N w warunkach pola elektrycznego. Badania nad kompensacją odkształceń w skali mikro znacząco poprawiły dokładność formowania, zwiększając precyzję geometryczną nawet o 80%.
Kolejne badanie ceramiki piezoelektrycznej PMN-PT wykazało, że zawartość części stałych ma krytyczny wpływ na strukturę ceramiki i właściwości elektryczne. Przy zawartości części stałych na poziomie 80% wag. w ceramice łatwo pojawiały się produkty uboczne; wraz ze wzrostem zawartości części stałych do 82% wag. i powyżej, produkty uboczne stopniowo zanikały, a struktura ceramiki stawała się czystsza, co znacząco poprawiało jej parametry. Przy zawartości części stałych na poziomie 82% wag. ceramika charakteryzowała się optymalnymi właściwościami elektrycznymi: stałą piezoelektryczną 730 pC/N, względną przenikalnością elektryczną 7226 i stratą dielektryczną wynoszącą zaledwie 0,07.
Podsumowując, wielkość cząstek, zawartość części stałych i właściwości reologiczne zawiesin ceramicznych nie tylko wpływają na stabilność i dokładność procesu drukowania, ale także bezpośrednio determinują gęstość i reakcję piezoelektryczną spiekanych brył, co czyni je kluczowymi parametrami w uzyskiwaniu wysokowydajnej ceramiki piezoelektrycznej drukowanej w technologii 3D.
Główny proces drukowania 3D próbek BT/UV metodą LCD-SLA
Właściwości ceramiki PMN-PT o różnej zawartości części stałych
IV. Spiekanie plazmowe iskrowe
Spiekanie iskrowe plazmowe (SPS) to zaawansowana technologia spiekania, która wykorzystuje prąd pulsacyjny i ciśnienie mechaniczne jednocześnie przykładane do proszków w celu uzyskania szybkiego zagęszczenia. W tym procesie prąd bezpośrednio nagrzewa formę i proszek, generując ciepło Joule'a i plazmę, umożliwiając wydajne spiekanie w krótkim czasie (zazwyczaj w ciągu 10 minut). Szybkie nagrzewanie sprzyja dyfuzji powierzchniowej, a wyładowanie iskrowe pomaga usunąć zaadsorbowane gazy i warstwy tlenków z powierzchni proszku, poprawiając wydajność spiekania. Efekt elektromigracji indukowany przez pola elektromagnetyczne również wzmacnia dyfuzję atomową.
W porównaniu z tradycyjnym prasowaniem na gorąco, SPS wykorzystuje bardziej bezpośrednie ogrzewanie, umożliwiając zagęszczanie w niższych temperaturach, jednocześnie skutecznie hamując wzrost ziarna, co pozwala uzyskać drobne i jednolite mikrostruktury. Na przykład:
- Bez dodatków, przy użyciu zmielonego proszku SiC jako surowca, spiekanie w temperaturze 2100°C i ciśnieniu 70 MPa przez 30 minut pozwoliło uzyskać próbki o gęstości względnej 98%.
- Spiekanie w temperaturze 1700°C i pod ciśnieniem 40 MPa przez 10 minut pozwoliło na uzyskanie sześciennego SiC o gęstości 98% i wielkości ziaren wynoszącej zaledwie 30–50 nm.
- Zastosowanie proszku SiC o granulacji 80 µm i spiekanie w temperaturze 1860°C i ciśnieniu 50 MPa przez 5 minut pozwoliło uzyskać wysokowydajną ceramikę SiC o gęstości względnej 98,5%, mikrotwardości Vickersa wynoszącej 28,5 GPa, wytrzymałości na zginanie wynoszącej 395 MPa i odporności na pękanie wynoszącej 4,5 MPa·m^1/2.
Analiza mikrostrukturalna wykazała, że wraz ze wzrostem temperatury spiekania z 1600°C do 1860°C porowatość materiału znacznie się zmniejszyła, zbliżając się do pełnej gęstości w wysokich temperaturach.
Mikrostruktura ceramiki SiC spiekanej w różnych temperaturach: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C i (D) 1860°C
V. Produkcja addytywna
Produkcja addytywna (AM) wykazała ostatnio ogromny potencjał w wytwarzaniu złożonych elementów ceramicznych dzięki procesowi warstwowemu. W przypadku ceramiki SiC opracowano wiele technologii AM, w tym strumieniowe nanoszenie spoiwa (BJ), 3DP, selektywne spiekanie laserowe (SLS), bezpośrednie pisanie atramentem (DIW) oraz stereolitografia (SL, DLP). Jednak 3DP i DIW charakteryzują się niższą precyzją, podczas gdy SLS ma tendencję do wywoływania naprężeń termicznych i pęknięć. Z kolei BJ i SL oferują większe korzyści w produkcji złożonej ceramiki o wysokiej czystości i precyzji.
- Binder Jetting (BJ)
Technologia BJ polega na warstwowym natryskiwaniu spoiwa na proszek wiążący, a następnie usuwaniu lepiszcza i spiekaniu w celu uzyskania finalnego produktu ceramicznego. Połączenie BJ z chemiczną infiltracją z fazy gazowej (CVI) pozwoliło na uzyskanie w pełni krystalicznej ceramiki SiC o wysokiej czystości. Proces obejmuje:
① Formowanie zielonych brył ceramicznych SiC przy użyciu BJ.
② Zagęszczanie metodą CVI w temperaturze 1000°C i ciśnieniu 200 Torr.
③ Końcowa ceramika SiC miała gęstość 2,95 g/cm³, przewodność cieplną 37 W/m·K i wytrzymałość na zginanie 297 MPa.
Schematyczny diagram drukowania metodą strumienia kleju (BJ). (A) Model wspomagany komputerowo (CAD), (B) schematyczny diagram zasady BJ, (C) drukowanie SiC metodą BJ, (D) zagęszczanie SiC metodą chemicznej infiltracji z fazy gazowej (CVI)
- Stereolitografia (SL)
SL to technologia formowania ceramiki oparta na utwardzaniu promieniami UV, charakteryzująca się niezwykle wysoką precyzją i możliwościami wytwarzania złożonych struktur. Metoda ta wykorzystuje światłoczułe zawiesiny ceramiczne o wysokiej zawartości części stałych i niskiej lepkości do formowania trójwymiarowych, zielonych brył ceramicznych poprzez fotopolimeryzację, a następnie odklejanie i spiekanie w wysokiej temperaturze w celu uzyskania produktu końcowego.
Przy użyciu zawiesiny SiC o stężeniu 35% obj., przygotowano wysokiej jakości trójwymiarowe zielone bryły pod wpływem promieniowania UV o długości fali 405 nm, a następnie zagęszczono je poprzez wypalanie polimeru w temperaturze 800°C i obróbkę PIP. Wyniki pokazały, że próbki przygotowane z zawiesiną o stężeniu 35% obj. osiągnęły gęstość względną 84,8%, przewyższając wyniki grup kontrolnych o stężeniu 30% i 40%.
Wprowadzenie lipofilowego SiO₂ i fenolowej żywicy epoksydowej (PEA) do modyfikacji zawiesiny pozwoliło na znaczną poprawę wydajności fotopolimeryzacji. Po spiekaniu w temperaturze 1600°C przez 4 godziny uzyskano niemal całkowitą konwersję do SiC, przy końcowej zawartości tlenu wynoszącej zaledwie 0,12%, co umożliwiło jednoetapową produkcję ceramiki SiC o wysokiej czystości i złożonej strukturze, bez konieczności wstępnego utleniania lub infiltracji.
Ilustracja struktury druku i procesu spiekania. Wygląd próbki po suszeniu w temperaturze (A) 25°C, pirolizie w temperaturze (B) 1000°C i spiekaniu w temperaturze (C) 1600°C.
Dzięki opracowaniu światłoczułych ceramicznych zawiesin Si₃N₄ do druku stereolitograficznego 3D oraz zastosowaniu procesów wypalania i wstępnego spiekania oraz starzenia w wysokiej temperaturze, przygotowano ceramikę Si₃N₄ o gęstości teoretycznej 93,3%, wytrzymałości na rozciąganie 279,8 MPa i wytrzymałości na zginanie 308,5–333,2 MPa. Badania wykazały, że w warunkach 45% obj. zawartości części stałych i 10-sekundowego czasu ekspozycji możliwe było uzyskanie jednowarstwowych, zielonych brył o precyzji utwardzania na poziomie IT77. Niskotemperaturowy proces wypalania z szybkością nagrzewania 0,1 °C/min pomógł uzyskać zielone bryły bez pęknięć.
Spiekanie jest kluczowym etapem wpływającym na ostateczną wydajność stereolitografii. Badania pokazują, że dodanie środków wspomagających spiekanie może skutecznie poprawić gęstość ceramiki i jej właściwości mechaniczne. Zastosowanie CeO₂ jako środka wspomagającego spiekanie oraz technologii spiekania wspomaganego polem elektrycznym do przygotowania ceramiki Si₃N₄ o wysokiej gęstości wykazało, że CeO₂ segreguje się na granicach ziaren, co sprzyja przesuwaniu się granic ziaren i ich zagęszczaniu. Otrzymana ceramika charakteryzowała się twardością Vickersa HV10/10 (1347,9 ± 2,4) i wytrzymałością na pękanie (6,57 ± 0,07) MPa·m¹/². Dodatek MgO–Y₂O₃ poprawił jednorodność mikrostruktury ceramiki, co znacząco poprawiło jej wydajność. Przy całkowitym poziomie domieszkowania 8% wag. wytrzymałość na zginanie i przewodność cieplna osiągnęły odpowiednio 915,54 MPa i 59,58 W·m⁻¹·K⁻¹.
VI. Wnioski
Podsumowując, ceramika z węglika krzemu (SiC) o wysokiej czystości, jako znakomity materiał ceramiczny do zastosowań inżynieryjnych, wykazała szerokie perspektywy zastosowania w półprzewodnikach, przemyśle lotniczym i kosmicznym oraz w urządzeniach pracujących w ekstremalnych warunkach. W niniejszym artykule dokonano systematycznej analizy pięciu typowych metod przygotowania ceramiki SiC o wysokiej czystości – spiekania rekrystalizacyjnego, spiekania bezciśnieniowego, prasowania na gorąco, spiekania plazmowego z iskrą oraz wytwarzania addytywnego – ze szczegółowym omówieniem mechanizmów zagęszczania, optymalizacji kluczowych parametrów, właściwości materiału oraz odpowiednich zalet i ograniczeń.
Oczywiste jest, że każdy z procesów charakteryzuje się unikalnymi cechami pod względem osiągania wysokiej czystości, gęstości, złożonych struktur i wykonalności przemysłowej. W szczególności technologia wytwarzania addytywnego wykazała duży potencjał w wytwarzaniu komponentów o złożonych kształtach i niestandardowych, dokonując przełomów w takich dziedzinach jak stereolitografia i technologia strumieniowego łączenia (binder jet), co czyni ją ważnym kierunkiem rozwoju w zakresie przygotowania ceramiki SiC o wysokiej czystości.
Przyszłe badania nad przygotowaniem ceramiki SiC o wysokiej czystości muszą być bardziej dogłębne, co umożliwi przejście od skali laboratoryjnej do niezawodnych zastosowań inżynieryjnych na dużą skalę, zapewniając tym samym kluczowe wsparcie materiałowe dla produkcji sprzętu najwyższej klasy i technologii informatycznych nowej generacji.
XKH to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo specjalizujące się w badaniach i produkcji wysokowydajnych materiałów ceramicznych. Jego misją jest dostarczanie klientom indywidualnych rozwiązań w postaci ceramiki z węglika krzemu (SiC) o wysokiej czystości. Firma dysponuje zaawansowanymi technologiami przygotowania materiałów i możliwościami precyzyjnego przetwarzania. Działalność firmy obejmuje badania, produkcję, precyzyjne przetwarzanie i obróbkę powierzchniową ceramiki SiC o wysokiej czystości, spełniając rygorystyczne wymagania branży półprzewodnikowej, nowych źródeł energii, lotnictwa i innych sektorów w zakresie wysokowydajnych komponentów ceramicznych. Wykorzystując zaawansowane procesy spiekania i technologie produkcji addytywnej, oferujemy klientom kompleksową obsługę, od optymalizacji formuły materiałowej, przez formowanie złożonych struktur, po precyzyjną obróbkę, gwarantując produktom doskonałe właściwości mechaniczne, stabilność termiczną i odporność na korozję.
Czas publikacji: 30 lipca 2025 r.