SiC wordt aangetroffen in meteorieten en komt vrijwel niet voor in de natuur; daarom worden SiC-poeders voor industriële toepassingen thermisch gesynthetiseerd. De belangrijkste methode voor de industriële productie van siliciumcarbide is de directe elektrische reductie (in een weerstandsoven) van kwartszand (silica) met cokes (C), gewoonlijk bij een temperatuur van 1900°C of hoger, waarbij de chemische reactie die optreedt :SiO2 + 3C = SiC + 2CO. De belangrijkste methoden voor het bereiden van siliciumcarbide-keramiek op hoge temperatuur zijn gesinterd siliciumcarbide, sinteren onder hoge druk, heet isostatisch sinteren en reactief sinteren. Tabel 1 toont de verschillende sintermethoden en fysische eigenschappen
Sintering
methoden |
gesinterd siliciumcarbide | Hot pressing
Sinteren |
thermal isostasis
Geperst sinteren |
Reaction
Sinteren |
Bulkdichtheid (g/cm3) | 3.12 | 3.21 | 3.21 | 3.05 |
Breuktaaiheid (MPa -m1/2) | 3.2 | 3.2 | 3.8 | 3.0 |
Buigsterkte (MPa) 20℃ 1400℃ | 410 | 640 | 640 | 380 |
410 | 650 | 610 | 300 | |
Elasticiteitsmodulus (GPa) | 410 | 450 | 450 | 350 |
Thermische uitzettingscoëfficiënt (10 – 6/ K) | 4.7 | 4.8 | 4.7 | 4.5 |
Thermal conductivity ( W/ m -K) 20℃
1000°C |
110 | 130 | 220 | 140 |
45 | 45 | 50 | 50 |
Tabel 1: Sintermethoden en fysische eigenschappen van SiC-keramiek
gesinterd siliciumcarbide wordt beschouwd als de meest veelbelovende sintermethode voor SiC-sinteren, en SiC-keramiek met grote afmetingen en complexe vorm kan worden geproduceerd door het sinterproces bij atmosferische druk. Door boor en koolstof toe te voegen aan zeer zuiver β-SiC dat sporen van zuurstof bevat (minder dan 0,2% zuurstof) en dit te sinteren in een inerte atmosfeer bij 2000 ℃, heeft GE met succes gesinterd siliciumcarbide verkregen met een dichtheid hoger dan 98% bij 2020 ℃. De SiC-keramiek met buigsterkte en breuktaaiheid van 707 en 10,7 werd gesinterd bij 1850 ℃ met behulp van Y2O3 en Al2O3 als sinterhulpmiddelen en YAG (Y3Al5O12) met een lager smeltpunt als het basisformuleringselement. Liu Baoying van het Shandong Silicate Research and Design Institute voegde de juiste hoeveelheid Al2O3 en Y2O3 toe als sinteradditieven en gebruikte een slurryvormproces om fijne SiC-composietkeramiek te produceren met een relatieve dichtheid van 97% bij 1780 ℃, die kan voldoen aan de behoeften van industriële productie van mechanische afdichtingen en slijtvast keramiek. Tot nu toe is het onderzoek naar dit soort siliciumcarbidekeramiek echter niet erg grondig en moet het verder worden ontwikkeld.