Introducción de los principales métodos de sinterización para cerámica técnica.
La sinterización se refiere al proceso de densificación de los cuerpos cerámicos en verde después del moldeo. Bajo la acción de la alta temperatura, se producirá la eliminación de los poros y la contracción del volumen, produciendo un cuerpo sólido sinterizado con la geometría esperada. El proceso de sinterización tiene un impacto crucial en el rendimiento del material. Es muy importante elegir un método de sinterización adecuado al fabricar diferentes tipos de cerámicas técnicas y para diferentes demandas de propiedad.
Existen varios métodos para sinterizar cerámica técnica:
(1) Sinterización atmosférica
La sinterización atmosférica es uno de los métodos de sinterización más comúnmente utilizados, que se refiere a un método de calentamiento y sinterización de productos cerámicos mediante la adición de ayudas de sinterización adecuadas a presión atmosférica (es decir, no se requiere presión adicional durante el proceso de sinterización).
La desventaja de la sinterización atmosférica es que la temperatura de sinterización es alta, los requisitos del horno también son altos y el desperdicio de energía es grande.
(2) Sinterización por prensado en caliente
Sinterización por prensado en caliente es un método de sinterización para polvo cerámico que es difícil de sinterizar, el poder cerámico se llena en el cavidad del molde y luego se calienta desde una dirección uniaxial mientras se presiona, significa que el moldeo y la sinterización se llevan a cabo al mismo tiempo.
El polvo cerámico se encuentra en estado termoplástico durante el proceso de sinterización, lo que ayuda al contacto, difusión y flujo de partículas, por lo que la presión de moldeo es menor; También puede reducir la temperatura de sinterización y acortar el tiempo de sinterización, resistiendo el crecimiento de granos de cristal y obteniendo piezas cerámicas con granos finos de cristal, densidad completa, y buenas propiedades mecánicas y eléctricas. No es necesario añadir ayudas de sinterización o ayudas de moldeo, y se pueden producir productos cerámicos de ultra alta pureza.
La desventaja de la sinterización por prensado en caliente es que adopta una presión unidireccional, por lo que la forma y el tamaño del producto están restringidos por el molde, que generalmente es cilíndrico o en forma de anillo. Además, la presión unidireccional también hace que la distribución de la presión en el cuerpo verde sea desigual, lo que fácilmente causa anisotropía en la microestructura y propiedades mecánicas del cuerpo cerámico sinterizado.
(3) Sinterización por prensado isostático en caliente
La sinterización por prensado isostático en caliente se refiere al proceso de sinterización y densificación de polvo cerámico, cuerpo verde o cuerpo precocido a través de la acción conjunta de alta temperatura y gas de alta presión bien equilibrado en todas las direcciones. Es adecuado para fabricar productos con formas complejas y puede mejorar la densidad y el rendimiento de los productos. Las piezas cerámicas después de la sinterización por prensado isostático en caliente tendrán una densidad bien equilibrada y las mismas propiedades en todas las direcciones.
El prensado isostático en caliente es un método de sinterización que combina las ventajas de La sinterización atmosférica y la sinterización por prensado en caliente no solo pueden aumentar la densidad como la sinterización por prensado en caliente, inhiben el crecimiento de granos y mejoran el rendimiento del producto. Además, también puede producir piezas cerámicas con formas muy complicadas como laatmosférico método de sinterización y evitar la orientación del grano de productos de cristal no equaxiales.
(4) Sinterización por reacción
Se refiere al método de sinterización de materiales cerámicos mediante la reacción mutua de la fase gaseosa o líquida con la matriz. Los productos más típicos son el carburo de silicio sinterizado por reacción y las cerámicas de nitruro de silicio sinterizado por reacción. La ventaja de este método de sinterización es que el proceso es simple, el producto se puede procesar ligeramente o no, y también se pueden producir productos con formas complejas. La desventaja es que los productos químicos que no han reaccionado permanecen en el producto, la estructura no es fácil de controlar y el producto que es demasiado espeso no es fácil de sinterizar por completo.
(5) Sinterización a presión de gas
La sinterización a presión de gas (GPS) se refiere al método de sinterización en el que se aplica una cierta presión de gas durante el proceso de sinterización a alta temperatura para suprimir la descomposición y la pérdida de peso de los materiales cerámicos a altas temperaturas. De este modo, se puede aumentar la temperatura de sinterización, se puede promover aún más la densificación del material y se pueden obtener productos cerámicos de alta densidad.
Tanto la sinterización a presión de gas como la sinterización por prensado isostático en caliente utilizan gas como método para transmitir la presión, pero la presión y el efecto de presión de los dos son diferentes. En la sinterización HIP, la presión del gas es alta (100 ~ 300MPa) y la función principal es promover la densificación completa de la cerámica. En la sinterización GPS, la presión de gas aplicada es pequeña (1 ~ 10MPa), lo que suprime principalmente la descomposición térmica de Si3N4 u otros materiales de alta temperatura a base de nitruros.
(5) Sinterización por deposición de vapor
La sinterización por deposición de vapor se puede dividir en método de vapor físico y método de vapor químico. Hay dos métodos físicos principales: deposición por pulverización catódica y deposición por evaporación. El método de pulverización catódica consiste en bombardear un objetivo plano con un haz de electrones en el vacío, y los átomos del objetivo se estimulan y luego se recubren sobre el sustrato de la muestra. El método de deposición de vapor químico introduce gas de reacción y una mezcla de gas mientras se calienta el material del sustrato, y los materiales generados por descomposición o reacción a alta temperatura se depositan sobre el sustrato para formar un material denso.
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