1. IntroductionSilicon carbide (SiC

1. Introduction

Silicon carbide (SiC) was conventionally used in various industries as abrasive and cutting tools, structural materials, automobile parts, electric systems, electronic circuit elements, and heating elements. Nowadays, SiC is also attractive material for semiconductor production equipment parts, optical mirror devices in space, and fusion reactor structural applications [1]. The wide applications of SiC are attributed to the combination of low density, high stiffness, high hardness, high fracture toughness, high thermal and chemical stability, and good thermal and oxidation resistance [1, 2].

SiC parts have been principally produced by sintering method. However, the conventional sintering of SiC powders is considerably inhibited due to the strong covalent bonds that impose low values of self-diffusion of carbon and silicon within SiC structure [3, 4]. Therefore, SiC powders should be sintered at very high temperatures (>2000°C) for bulk fabrication of high-density ceramics. Using additives and/or applying pressure during sintering (hot pressing) can be employed to lower the sintering temperature. Gubernat et al. [4] have shown that SiC powders can be densified at temperatures between 1850 and 2000°C with the addition of some oxides, for example, Al2O3, Y2O3, and MgO. Yano et al. [5] have produced SiC ceramics with high densities (95–99% theoretical) by hot pressing method at temperature range of 1700–1800°C, pressure of 30 MPa, and the use of aluminum, boron, and carbon dopant materials. Another promising method for production of SiC parts at lower temperatures is reaction sintering (RS) process. Employing RS can lower the processing temperatures to 1425–1500°C [2]. This has been attributed to the exothermic heat released during the reaction sintering between silicon and carbon to form SiC. Production of dense structure, good shape capability, low cost, and high purity are the other advantages of RS method [1]. The RS process is typically involving the infiltration of liquid silicon into a porous preform containing silicon carbide, and carbon has been extensively studied in the past [6–10]. An in situ reaction occurs between silicon and carbon to produce a secondary SiC phase, which then bonds the original SiC particles [3]. Residual pores and space not occupied by silicon carbide are filled with liquid silicon. It is well known [11, 12] that one limiting factor to obtain SiC parts with high strength is the amount of free silicon in the composites since the brittle free silicon phase and interfaces between SiC and Si are preferential paths for fracture. Additionally, the mechanical properties, for example, strength, modulus of elasticity, and fracture toughness deteriorate due to increasing the amount of residual silicon phase especially at high temperatures [13–15]. Some studies [12, 16] have been performed in order to reduce the free silicon content in SiC-Si ceramics and enhance the mechanical properties. For instance, Blecha et al. [16] have suggested using SiC powders with different particle sizes.

The process chosen in this paper is a modification on reaction sintering process to reduce the free silicon content. The major difference between this approach and the typical reaction sintering process is that liquid silicon is not infiltrated into the porous SiC-C compact. Instead, the SiC parts are made by heating of compacts including SiC, Si, and C powder mixtures to promote reaction sintering. Therefore, the aim of the present study is to investigate the possibility of producing SiC ceramics through the RS of SiC, Si, and C powders. The reaction sintering temperature and time were optimized to get ceramics with minimum residual Si and C. The role of the chemical composition of the initial powder and the size of SiC particles on the microstructure and densification of ceramic parts are addressed.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

1. บทนำดีซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เป็นทราย และเครื่องมือตัด วัสดุโครงสร้าง ชิ้นส่วนยานยนต์ ระบบไฟฟ้า องค์ประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ และองค์ประกอบของความร้อน ปัจจุบัน SiC ยังเป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับชิ้นส่วนอุปกรณ์ผลิตสารกึ่งตัวนำ อุปกรณ์กระจกแสงในพื้นที่ และงานโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์ในฟิวชั่น [1] โปรแกรมประยุกต์ที่กว้างของ SiC มาจากชุดของความหนาแน่นต่ำ ความฝืดสูง ความแข็งสูง นึ่งทำให้สูง สูงความร้อน และสารเคมี และเสถียรดีร้อนและออกซิเดชันต้านทาน [1, 2]SiC อะไหล่มีถูกหลักผลิต โดยวิธีการเผาผนึก อย่างไรก็ตาม การเผาผนึกแบบธรรมดาของ SiC ผงถูกมากห้ามเนื่องจากพันธบัตรโคเวเลนต์แข็งแรงที่กำหนดค่าต่ำสุดของตัวเองแพร่คาร์บอนและซิลิกอนภายในโครงสร้างของ SiC [3, 4] ดังนั้น ควร sintered ผง SiC ที่อุณหภูมิสูงมาก (> 2000° C) สำหรับผลิตจำนวนมากของเครื่องเคลือบเนื้อมีความหนา ใช้วัตถุเจือปน และ/หรือการใช้ความดันในระหว่างการเผาผนึก (ร้อนกด) สามารถทำงานเพื่อลดอุณหภูมิ sintering Gubernat et al. [4] ได้แสดงว่า สามารถ densified ผง SiC ที่อุณหภูมิระหว่าง 1850 และ 2000 ° C แห่งออกไซด์บาง เช่น Al2O3, Y2O3 และ MgO Al. Yano ร้อยเอ็ด [5] ได้ผลิต SiC เครื่องเคลือบ มีความหนาแน่นสูง (ทฤษฎี 95-99%) โดยวิธีกดน้ำร้อนที่อุณหภูมิ 1700 – 1800° C ความดันของแรง 30 และการ ใช้อลูมิเนียม โบรอน คาร์บอน dopant วัสดุ อีกวิธีสำหรับการผลิตชิ้นส่วน SiC ที่อุณหภูมิเผาผนึก (RS) กระบวนการปฏิกิริยาได้ ใช้ RS สามารถลดอุณหภูมิประมวลผลถึง 1425 – 1500° C [2] นี้ได้ถูกบันทึกเพื่อให้ความร้อน exothermic ที่นำออกใช้ในระหว่างปฏิกิริยาเผาผนึกระหว่างซิลิกอนและคาร์บอนฟอร์ม SiC ผลิตโครงสร้างที่หนาแน่น ความสามารถรูปร่างดี ต้นทุนต่ำ สูง และบริสุทธิ์มีข้อดีอื่น ๆ ของ RS วิธี [1] การ RS โดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับแทรกซึมของซิลิคอนเหลวเป็นมาสเตอร์แบทช์สีดำ porous ประกอบด้วยซิลิคอน และคาร์บอนได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในอดีต [6-10] ปฏิกิริยาใน situ ที่เกิดขึ้นระหว่างซิลิกอนและคาร์บอนผลิตเฟส SiC รอง ที่แล้ว ขายหุ้นกู้ฉบับ SiC อนุภาค [3] รูขุมขนส่วนที่เหลือและพื้นที่ไม่ซิลิคอนเติมพร้อมของเหลว เป็นที่รู้จัก [11, 12] ปัจจัยจำกัดที่หนึ่งรับส่วน SiC มีความแข็งแรงสูงเป็นยอดของซิลิคอนฟรีในการคอมโพสิตตั้งแต่ระยะฟรีซิลิคอนเปราะและอินเทอร์เฟซระหว่าง SiC และใน เส้นทางที่ต้องการทำ นอกจากนี้ คุณสมบัติเชิงกล ตัวอย่าง แรง โมดูลัสของความยืดหยุ่น และนึ่งทำให้เสื่อมเนื่องจากการเพิ่มจำนวนของซิลิคอนเหลือระยะโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูง [13-15] การศึกษาบาง [12, 16] เพื่อลดเนื้อหาซิลิคอนฟรีในเซรามิกส์ SiC ใน และเพิ่มคุณสมบัติทางกล เช่น Blecha et al. [16] ได้แนะนำใช้ผง SiC มีขนาดอนุภาคแตกต่างกันกระบวนการที่เลือกในเอกสารนี้เป็นการปรับเปลี่ยนในปฏิกิริยาเผาเพื่อลดเนื้อหาซิลิคอนฟรี ความแตกต่างสำคัญระหว่างปฏิกิริยาทั่วไปที่เผาผนึกกระบวนการและวิธีการนี้คือ ว่า ซิลิคอนเหลวไม่ infiltrated เป็นคอมแพค SiC C porous แทน ส่วน SiC จะทำ โดยความร้อนของกระชับรวมถึงน้ำยาผง SiC ซี และ C ผสมส่งเสริมปฏิกิริยาเผาผนึก ดังนั้น จุดมุ่งหมายของการศึกษาปัจจุบันคือการ ตรวจสอบความเป็นไปได้ของการผลิตเซรามิกส์ SiC ผ่านผง RS ของซิลิก้อน ซี และ C ปฏิกิริยาการเผาผนึกที่อุณหภูมิและเวลาที่เหมาะจะเคลือบ ด้วย Si เหลือต่ำสุดและ c ระบุบทบาทขององค์ประกอบทางเคมีของผงเริ่มต้นและขนาดของอนุภาค SiC ในการต่อโครงสร้างจุลภาคและ densification ชิ้นส่วนเซรามิค

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

1. บทนำคาร์ไบด์ซิลิกอน (SIC) ถูกนำมาใช้ตามอัตภาพในอุตสาหกรรมต่างๆเป็นเครื่องมือในการขัดและตัดวัสดุโครงสร้างชิ้นส่วนรถยนต์, ระบบไฟฟ้า, องค์ประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์และองค์ประกอบของความร้อน ปัจจุบัน SiC ยังเป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับชิ้นส่วนอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์, อุปกรณ์กระจกแสงในพื้นที่และเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นการใช้งานโครงสร้าง [1] การใช้งานที่กว้างของ SiC จะมีการบันทึกการรวมกันของความหนาแน่นต่ำ, ความมั่นคงสูงมีความแข็งสูงแตกหักสูงเสถียรภาพความร้อนและสารเคมีสูงและความต้านทานความร้อนและการเกิดออกซิเดชันที่ดี [1, 2]. ส่วน SiC ได้รับการผลิตโดยเฉพาะการเผา วิธี อย่างไรก็ตามการเผาทั่วไปของผง SiC ยับยั้งมากเนื่องจากพันธะโควาเลนที่แข็งแกร่งที่กำหนดค่าที่ต่ำของการแพร่กระจายตัวเองของคาร์บอนและซิลิกอนภายในโครงสร้างดังนี้ [3, 4] ดังนั้นผง SiC ควรจะเผาที่อุณหภูมิสูงมาก (> 2000 ° C) สำหรับการผลิตจำนวนมากของเซรามิกมีความหนาแน่นสูง การใช้สารเติมแต่งและ / หรือใช้ความดันในระหว่างการเผา (ร้อนกด) สามารถใช้ในการลดอุณหภูมิการเผา Gubernat et al, [4] แสดงให้เห็นว่าผง SiC สามารถอัดที่อุณหภูมิระหว่าง 1850 และ 2000 องศาเซลเซียสด้วยนอกเหนือจากออกไซด์บางตัวอย่างเช่น Al2O3, Y2O3 และ MgO Yano et al, [5] ได้มีการผลิตเซรามิกที่มีความหนาแน่น SiC สูง (95-99% ทฤษฎี) โดยวิธีการกดร้อนในช่วงอุณหภูมิ 1,700-1,800 องศาเซลเซียสความดัน 30 MPa และการใช้อลูมิเนียมโบรอนและวัสดุคาร์บอนเจือปน อีกวิธีที่มีแนวโน้มในการผลิตชิ้นส่วนดังนี้ที่อุณหภูมิต่ำเป็นปฏิกิริยาการเผา (RS) กระบวนการ พนักงานอาร์เอสสามารถลดอุณหภูมิการประมวลผลเพื่อ 1425-1500 ° C [2] นี้ได้รับการบันทึกให้คายความร้อนความร้อนที่ปล่อยออกมาในช่วงการเผาปฏิกิริยาระหว่างซิลิคอนและคาร์บอนในรูปแบบดังนี้ การผลิตของโครงสร้างความหนาแน่นสูงความสามารถในรูปทรงที่ดีต้นทุนต่ำและมีความบริสุทธิ์สูงเป็นประโยชน์อื่น ๆ ของวิธีอาร์เอส [1] กระบวนการอาร์เอสมักจะเกี่ยวข้องกับการแทรกซึมของซิลิกอนของเหลวเข้าไป preform รูพรุนที่มีซิลิกอนคาร์ไบด์และคาร์บอนได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในอดีตที่ผ่านมา [6-10] ในแหล่งกำเนิดปฏิกิริยาเกิดขึ้นระหว่างซิลิคอนและคาร์บอนในการผลิตขั้นตอนดังนี้รองซึ่งพันธบัตรอนุภาคดังนี้เดิม [3] รูขุมขนที่เหลือและพื้นที่ที่ถูกครอบครองโดยไม่ได้ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เต็มไปด้วยซิลิโคนเหลว มันเป็นที่รู้จักกันดี [11, 12] ว่าหนึ่งในปัจจัยที่ จำกัด ที่จะได้รับชิ้นส่วน SiC มีความแข็งแรงสูงคือปริมาณของซิลิกอนฟรีในคอมโพสิตตั้งแต่ขั้นตอนการซิลิกอนฟรีเปราะและการเชื่อมต่อระหว่าง SiC และศรีเส้นทางพิเศษสำหรับการแตกหัก นอกจากคุณสมบัติทางกลเช่นความแข็งแรง, โมดูลัสของความยืดหยุ่นและความต้านทานการแตกหักลดลงเนื่องจากการเพิ่มปริมาณของเฟสซิลิกอนที่เหลือโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูง [13-15] บางการศึกษา [12, 16] ได้รับการดำเนินการเพื่อลดปริมาณซิลิกอนฟรีในเซรามิก SiC-Si และเพิ่มคุณสมบัติทางกล ยกตัวอย่างเช่น Blecha et al, [16] ได้แนะนำให้ใช้ผง SiC ที่มีขนาดอนุภาคที่แตกต่างกัน. ขั้นตอนการได้รับการแต่งตั้งในบทความนี้คือการเปลี่ยนแปลงเกี่ยวกับกระบวนการเผาตอบสนองต่อการลดปริมาณซิลิกอนฟรี ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวิธีการนี้และปฏิกิริยาทั่วไปกระบวนการเผาคือซิลิโคนเหลวไม่ได้แทรกซึมเข้าไปในรูพรุน SiC-C ที่มีขนาดกะทัดรัด แต่ส่วน SiC จะทำโดยความร้อนของชิ้นงานรวมทั้ง SiC, Si, และ C ผสมผงเพื่อส่งเสริมการเผาปฏิกิริยา ดังนั้นจุดมุ่งหมายของการศึกษาครั้งนี้คือการตรวจสอบความเป็นไปได้ในการผลิตเซรามิก SiC ผ่านอาร์เอสของ SiC, Si, และผง C อุณหภูมิการเผาปฏิกิริยาและเวลาที่ถูกที่ดีที่สุดที่จะได้รับเซรามิกที่มีขั้นต่ำที่เหลือศรีและ C บทบาทขององค์ประกอบทางเคมีของผงเริ่มต้นและขนาดของอนุภาค SiC จุลภาคและ densification ของชิ้นส่วนเซรามิกที่มีการระบุ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

1 . บทนำ

ซิลิคอนคาร์ไบด์ ( SIC ) คือโดยทั่วไปที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ขัดและตัด เครื่องมือ วัสดุโครงสร้าง , ชิ้นส่วนยานยนต์ , ไฟฟ้าและวงจรอิเล็กทรอนิกส์ระบบ , องค์ประกอบ , องค์ประกอบความร้อน ทุกวันนี้ ยังเป็นวัสดุที่น่าสนใจสำหรับ SIC ชิ้นส่วนอุปกรณ์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ , อุปกรณ์กระจก แสงในพื้นที่และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์โครงสร้างโปรแกรม [ 1 ]การใช้งานกว้างของ SIC จะเกิดจากการรวมกันของความหนาแน่น ความแข็งสูงและความแข็งสูงต่ำ ความต้านทานการแตกหักสูง เสถียรภาพทางความร้อน และทางเคมีสูง และทนความร้อนได้ดี ต้านทานออกซิเดชัน [ 1 , 2 ] .

SIC ส่วนได้รับการผลิตหลักโดยวิธีเผาซินเทอร์ อย่างไรก็ตามวิธีเผาผนึกผง SiC มากยับยั้งเนื่องจากแรงโควาเลนต์พันธบัตรที่กำหนดด้วยตนเองค่าต่ำของการแพร่กระจายของคาร์บอนและซิลิคอนภายในโครงสร้าง Sic [ 3 , 4 ] ดังนั้น SiC ผง ควรเผาที่อุณหภูมิสูงมาก ( > 2000 ° C ) สำหรับการผลิตขนาดใหญ่ของ high-density เซรามิกการใช้วัตถุเจือปน และ / หรือ ใช้ความดันในการเผาผนึก ( การกดร้อน ) สามารถใช้เพื่อลดอุณหภูมิการเผาซินเทอร์ . gubernat et al . [ 4 ] ได้แสดงให้เห็นว่า SIC ผงจะเหลืออยู่ที่อุณหภูมิระหว่าง 1850 และ 2000 ° C มีการเพิ่มบางออกไซด์ , ตัวอย่างเช่น , Al2O3 y2o3 และ MgO , . ยาโนะ et al .[ 5 ] ได้มีการผลิตเซรามิกที่มีความหนาแน่นสูงเพียง 95 และ 99% ตามทฤษฎี ) โดยวิธีอัดร้อนที่อุณหภูมิ 1700 - 1800 ของ° C ความดัน 30   MPa และใช้อลูมิเนียม โบรอนและคาร์บอนโดพันท์วัสดุ อีกแนวโน้มวิธีการผลิต SiC อุณหภูมิลดลงส่วนที่เป็นปฏิกิริยาการเผาผนึก ( RS ) กระบวนการ พนักงานอาร์เอสสามารถลดการประมวลผลอุณหภูมิกลิ่น– 1500 ° C [ 2 ]นี้ได้ถูกนำมาประกอบกับคายความร้อนออกในการทำปฏิกิริยาระหว่างซิลิคอนและการเผาคาร์บอน แบบฟอร์ม SiC การผลิตโครงสร้างหนาแน่น รูปร่างดี มีความสามารถ ต้นทุนต่ำ และมีความบริสุทธิ์สูง มีข้อดีอื่น ๆของ RS ) [ 1 ] อาร์เอส กระบวนการมักจะเกี่ยวข้องกับการแทรกซึมของซิลิคอนเหลวเข้าไปในรูพรุนที่มีซิลิคอนคาร์ไบด์ preform ,และคาร์บอนได้ถูกศึกษาอย่างกว้างขวางในอดีต [ 6 – 10 ] ในปฏิกิริยาเกิดขึ้นระหว่างชนิดซิลิคอนคาร์บอนผลิตเฟสที่สอง SIC ซึ่งพันธบัตรเดิม sic อนุภาค [ 3 ] ตกค้างรูขุมขนและพื้นที่ที่ถูกครอบครองโดยซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เต็มไปด้วยซิลิโคนเหลว มันเป็นที่รู้จักกันดี [ 1112 ) หนึ่งปัจจัยจำกัดขอรับ SIC ส่วนที่มีความแข็งแรงสูงเป็นปริมาณของซิลิคอนฟรีในคอมตั้งแต่เปราะและการเชื่อมต่อระหว่างระยะฟรีซิลิคอนและ SIC ศรีเส้นทางพิเศษสำหรับหัก นอกจากนี้ สมบัติเชิงกล เช่น ความแข็งแรง ค่าโมดูลัสของความยืดหยุ่นและ การแตกหักเสื่อมสภาพเนื่องจากการเพิ่มปริมาณตกค้างของซิลิคอนเฟสโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูง [ 13 – 15 ] บางการศึกษา [ 12 , 16 ] ได้ดำเนินการเพื่อลดปริมาณซิลิคอนฟรีใน SIC ศรีเซรามิกและเพิ่มคุณสมบัติทางกล ตัวอย่าง blecha et al . [ 16 ] แนะนำให้ใช้ผง SiC ที่มีขนาดอนุภาคต่างกัน

กระบวนการเลือกในกระดาษนี้มีการปรับเปลี่ยนในปฏิกิริยา sintering เพื่อลดปริมาณซิลิคอนฟรี ความแตกต่างหลักระหว่างวิธีการนี้และปฏิกิริยาทั่วไป sintering คือซิลิคอนเหลวไม่ได้แทรกซึมเข้าไปในรูพรุน sic-c ขนาดกะทัดรัด แทน , SIC ส่วนผลิตโดยความร้อนของชิ้นงานรวมทั้ง Sic , ซื่อและ C ผงผสมเพื่อส่งเสริมการเผาอบผนึก ดังนั้น การศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ในการผลิตเซรามิค SiC RS SiC , Si , และ C ผง ปฏิกิริยาการเผาผนึกที่อุณหภูมิและเวลาที่เหมาะสมเพื่อให้ได้เซรามิกสุดที่เหลือจังหวัด .บทบาทขององค์ประกอบทางเคมีของแป้งที่เริ่มต้นและขนาดของอนุภาคของซิลิกอนในโครงสร้างจุลภาคและหนาแน่นของชิ้นส่วนเซรามิกได้รับการแก้ไข