В области сверх-высокотехнологичного-оборудования, такого как инфракрасное обнаружение, полупроводниковое оборудование и ядерные энергетические системы, основные структурные компоненты подвергаются длительным-экстремальным и сложным условиям эксплуатации, включая механические нагрузки, температурные градиенты, передачу оптического сигнала, электромагнитные поля и связанное излучение. Эти условия предъявляют жесткие требования к совокупным механическим, термическим, оптическим и электрическим свойствам материалов. Традиционные металлы, монокристаллический кремний-и обычные керамические материалы, ограниченные из-за присущих им недостатков в характеристиках, больше не могут удовлетворять требованиям применения высококлассного-оборудования. Напротив, керамика на основе реакционно-связанного карбида кремния (RB-SiC) с ее превосходными комплексными характеристиками стала идеальным выбором для материалов с интегрированной структурой-функцией в таких сценариях.
Реакционно-связанный карбид кремния (RB-SiC) получают путем смешивания порошка карбида кремния с источником углерода (например, углеродной сажей, графитом или термореактивной смолой) в определенном соотношении, образуя пористую заготовку с помощью таких методов формования, как прессование в штампах, изостатическое прессование или шликерное литье. Впоследствии в вакууме или инертной атмосфере заготовка нагревается до 1400–1600 градусов, в результате чего кремниевый порошок или кремниевый сплав плавится в жидкий кремний. Жидкий кремний проникает в поры заготовки посредством капиллярных сил и реагирует с углеродом в заготовке, образуя -SiC. Этот вновь образованный -SiC связывается с частицами -SiC, первоначально присутствующими в заготовке, создавая непрерывную скелетную структуру из карбида кремния и заполняя поры, в конечном итоге достигая полного уплотнения компонента.
Благодаря этому уникальному способу обработки RB-SiC демонстрирует чрезвычайно низкую объемную усадку во время спекания, что позволяет изготавливать почти-конечную-форму и эффективно производить крупномасштабные-тонкостенные-конструкционные компоненты и сложные-формы. Между тем, тщательная пропитка жидким кремнием придает материалу чрезвычайно высокую плотность, что обеспечивает незаменимую инженерную ценность для изготовления высококачественных-компонентов ядра, таких как оптические зеркала метрового-класса и сложные прецизионные полупроводниковые детали.
Однако, несмотря на превосходный маршрут обработки, наличие остаточного свободного кремния, крупных зерен SiC или фаз кремния, а также введение примесных элементов в микроструктуру компонентов RB-SiC могут существенно повлиять на механические свойства, теплопроводность и качество оптической отделки. Таким образом, точный контроль микроструктуры для устранения узких мест в характеристиках материала и достижение комплексного улучшения механических, термических, оптических и электрических свойств компонентов RB-SiC является ключом к их адаптации для применения в высокотехнологичном оборудовании в экстремальных условиях, таких как высокая температура, коррозия и интенсивное излучение.