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碳化硅坩堝的制造生產技術工藝涉及多個環節和步驟,以下是對其制造生產技術工藝的詳細歸納:
一、原料準備
碳化硅坩堝的主要原料包括碳化硅粉料、石墨粉、硅粉等。這些原料需要經過嚴格的篩選和配比,以確保坩堝的質量和性能。
二、成型工藝
碳化硅坩堝的成型工藝主要有注漿成型、熱壓注成型、流延成型等。
注漿成型:通過物理脫水和化學凝聚的作用,使陶瓷粉體顆粒在石膏模壁上沉積成型。此工藝適合制備形狀復雜的大型陶瓷部件,但坯體質量可能較差,且不適合自動化作業。
熱壓注成型:在較高溫度下使陶瓷粉體與粘結劑混合,漿料在壓縮空氣的作用下注入金屬模具,保壓冷卻后脫模得到蠟坯,再經脫蠟和高溫燒結成瓷。此工藝生坯尺寸準確,內部結構均勻,生產效率高,但不適合制造大型部件,且兩步燒成工藝較為復雜。
流延成型:將陶瓷粉料與有機粘結劑、增塑劑、分散劑等混合得到粘稠漿料,通過流延機刮刀控制厚度,烘干后得到膜坯。此工藝適合制備薄膜材料,但要求嚴格控制工藝參數,且有機物有毒性,會產生環境污染。
三、燒結工藝
燒結是碳化硅坩堝制造過程中的關鍵步驟,主要有無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結(HIP)等。其中,熱等靜壓燒結可以進一步優化碳化硅坩堝的機械性能與致密化程度。
四、涂層處理
為了提高碳化硅坩堝的抗氧化性能和使用壽命,通常會在其表面涂覆一層保護層。常用的涂層材料包括氧化硅(SiO?)等。涂層處理過程需要嚴格控制工藝參數,以確保涂層與基體的良好結合和涂層的均勻性。
五、后續處理
碳化硅坩堝制造完成后,還需要進行一系列后續處理,如機械強度測試、導熱性測試、抗氧化性測試等。這些測試可以確保坩堝的質量和性能符合使用要求。同時,還需要對坩堝進行模擬實際工況的測試,以評估其使用壽命和抗熱震性能。
六、特殊工藝與技術創新
材料復合與工藝優化:通過材料復合與工藝優化,可以彌補石墨坩堝的抗氧化短板,并超越氧化鋁坩堝的導熱性與熱震穩定性。例如,碳化硅石墨坩堝就是新一代高性能熔煉設備。
多孔套筒技術:通過多孔套筒的配合,可以減小碳化硅原料的內部徑向距離和內部溫差,降低碳化硅原料的表面結晶情況,構建出更合適的晶體生長環境。
碳化硅涂層技術:在石墨坩堝表面涂覆碳化硅涂層,可以提高坩堝的抗氧化性能和使用壽命。同時,碳化硅涂層還可以對金屬液的潤濕性進行可控調節。
綜上所述,碳化硅坩堝的制造生產技術工藝涉及原料準備、成型工藝、燒結工藝、涂層處理、后續處理以及特殊工藝與技術創新等多個方面。這些工藝和技術的不斷創新和發展,將有助于提高碳化硅坩堝的質量和性能,滿足不同領域的使用需求。