Как производить пористый керамический материал из нитрида кремния

Пористая керамика из нитрида кремния обладает свойствами как керамики из нитрида кремния, так и пористых материалов. Они не только обладают такими преимуществами, как высокая прочность, хорошая вязкость, сопротивление ползучести, структурная стабильность, стойкость к дождевой коррозии и термостойкость керамики из нитрида кремния, но также обладают характеристиками низкой плотности, низкой диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь пористых материалов. Отличные характеристики пористой керамики из нитрида кремния определяют ее широкие перспективы применения. Благодаря высокой термостойкости, коррозионной стойкости, термостойкости, высокому отверстию, внутренним порам и другим характеристикам пористая керамика из нитрида кремния широко используется в области фильтрации дыма и газа, носителя катализатора и так далее. Они также могут использоваться в аэрокосмической и авиационной промышленности в качестве обтекающих материалов, используемых в суровых условиях. Получение керамических изделий с более высокой прочностью и большей пористостью является предметом исследования пористых керамических материалов из нитрида кремния. Поскольку температура фазового перехода нитрида кремния осуществляется при высокой температуре, а керамические свойства нитрида кремния также зависят от процесса и микроструктуры, снизьте температуру спекания керамики из нитрида кремния, использование передовых технологий спекания является актуальной проблемой при исследовании пористой керамики из нитрида кремния. Ниже кратко описаны способы получения пористой керамики из нитрида кремния: (1) Метод карботермического восстановления: пористый нитрид кремния, полученный этим методом, образуется на месте в результате реакции карботермического восстановления дешевого диоксида кремния и углерода в высокотемпературной атмосфере азота. После Si3N4 под действием спекающих добавок фаза становится β-Si3N4。 Пористый нитрид кремния был получен за счет потери веса на 44%. Поскольку частицы оксида кремния и углеродного порошка относительно малы, диаметр пор спеченного тела невелик, удельная площадь поверхности велика, а пространственная сетчатая структура сформирована, поэтому его можно использовать в качестве фильтрующего устройства. Кроме того, широкий спектр источников углерода делает готовые продукты, приготовленные этим методом, разнообразными, что может удовлетворить потребности различных применений. Например, пористую керамику из нитрида кремния с аналогичной структурой дерева можно получить, используя древесину в качестве источника углерода. (2) метод гелевого литья: этот метод был впервые предложен Национальной лабораторией Оук-Риджа, что означает, что суспензию можно затвердеть в зеленое тело на месте путем химической реакции суспензии или небольшого количества добавок. В процессе гелевого литья пористый нитрид кремния был получен в результате сжигания органических соединений, частичного уплотнения при спекании без давления и гидролиза нитрида кремния в щелочных условиях. Рис. 1 Технологическая схема гелевого литья керамики из пористого нитрида кремния Гелевое литье первоначально применяется для приготовления компактной керамики. Его преимущества заключаются в однородной структуре, точной обработке и деталях почти сетчатой и сложной формы. Пористая керамика из нитрида кремния была получена этим методом.. Пористая структура зерна Si3N4 была получена с использованием золя диоксида кремния в качестве мономера и золь-геля. После формования оксид кремния наматывается на поверхность порошка нитрида кремния, что препятствует окислению и разложению нитрида кремния при высокой температуре. Таким образом, нитрид кремния можно спекать в воздушной атмосфере без добавления защитной атмосферы. Оксид кремния также можно использовать в качестве спекающей добавки в процессе спекания для повышения прочности спеченного тела. Без добавления большого количества органического вещества процесс спекания упрощается и гарантируется производительность изделий. (3) Метод частичного горячего прессования: пористая керамика из нитрида кремния, полученная этим методом с добавками Y2O3, MgO и CaO, состоит из множества столбцов, зерен β-Si3N4, а часть остаточного α-Si3N4 состоит из длинных столбчатых пор. Его преимущества заключаются в том, что он контролирует пористость пористой керамики и не содержит добавок. (4) Метод добавления порообразующего агента: этот метод может произвольно изменять тип, количество и диаметр частиц порообразующего агента и позволяет изготавливать пористую керамику с различными размерами и распределением пор. По сравнению с другими методами стоимость добавления порообразующего агента самая низкая. В этом процессе пористую керамику получают путем добавления порообразующего агента в керамические ингредиенты, использования порообразующего агента, занимающего определенное пространство в зеленом теле, а затем спекания, и порообразующий агент покидает матрицу с образованием пор. Рис. 2 Технологический путь добавления порообразующего агента для приготовления материалов (5) Метод консолидации крахмала: при добавлении крахмала в качестве порообразователя и консолидирующего агента можно проводить парциальное окисление, спекание на воздухе для получения пористых композитов с матрицей нитрида кремния с пористостью до 73,17%. В этом методе в качестве керамических матричных материалов используются нитрид кремния, нитрид бора и диоксид кремния, которые получают путем консолидации крахмала и спекания при парциальном окислении при атмосферном давлении. Пористость и структура пор регулируются путем регулирования объемной доли, размера и геометрии крахмала, чтобы контролировать конечные свойства материала. (6) Метод экструзионного формования: в этом методе используется метилцеллюлоза в качестве связующего для приготовления суспензии нитрида кремния и используется плунжерная экструзионная матрица для приготовления пористой керамики из нитрида кремния методом экструзионного формования. Используемый порошок нитрида кремния.. Содержание фаз составляет более 95%, а средний размер частиц составляет около 1 мкм。 Метилцеллюлоза используется в качестве связующего, а оксид иттрия - в качестве спекающей добавки. (7) Метод нанесения покрытия порогеном: этот метод позволяет получать пористую керамику из нитрида кремния с пористостью до 70% и сквозной пористостью. Пористость образца увеличивается с увеличением пористости покрытия. Использование метода нанесения покрытия отделяет поры друг от друга и позволяет избежать образования макротрещин, вызванных суперпозицией пор. Прочность на изгиб пористого нитрида кремния, полученного этим методом, значительно выше прочности на изгиб нитрида кремния без покрытия, характеризующегося микроструктурой дислокаций высокой плотности. Дислокации находятся в высокоэнергетическом состоянии, поэтому коррозионная стойкость снижается. (8) В зарубежных странах разработка и применение пористой керамики из нитрида кремния опережают разработку и применение керамики в Китае, особенно в Японии. На примере Ассоциации керамических исследований в Нагое (Япония) они совершили крупный прорыв в технологии контроля пор и создали анизотропные пористые керамические материалы из нитрида кремния. Изучая методы приготовления, некоторые исследователи получили керамические изделия из пористого нитрида кремния с пористостью 0 ~ 50%. В 1980-х годах, основываясь на плотности керамики из нитрида кремния, компания Boeing успешно разработала метод приготовления, позволяющий контролировать плотность керамики. Пористая керамика из нитрида кремния с плотностью 0,5 ~ 1,8 г/см³ может быть получена в различных диапазонах, и был успешно разработан многополосный обтекатель. Проанализирован прогресс исследований пористой керамики в стране и за рубежом. Получение пористой керамики из нитрида кремния с высокой прочностью и контролируемыми порами является направлением развития нитрида кремния. Отечественный традиционный метод получения пористой керамики из нитрида кремния в основном представляет собой метод добавления порообразующего агента. Хотя этот метод прост, есть некоторые проблемы, которые необходимо решить, такие как высокая температура спекания и низкая пористость. Ученые изучили различные методы приготовления и усовершенствованные процессы приготовления для получения пористых керамических материалов с хорошими свойствами, что до сих пор является одной из горячих точек исследований керамики из нитрида кремния.