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无压烧结碳化硅DSSC技术详解-(9)20 世纪 80 年代的 SSiC-DSSC技术情况

日期:2024-01-06 浏览:295


6 20 世纪 80 年代的 SSiC-DSSC

在 20 世纪 70 年代的 11 项 SSiC-DSSC 专利中,以下四项具有重大意义:

  • Prochazka 的原始 DSSC 专利,类似一篇关于真正新发明的论文,专注于 β-SiC 并引入了硼/碳烧结助剂方法,实现了高达 98% 的密度。

  • Coppola/Carborundum 八项专利中的第一项,提出了截然不同的方法,即使用广泛可用的低成本 α-SiC 并实现了高达 96% 的密度。

  •  德国 ESK 公司 Schwetz 和 Lipp 的综合论文式专利,使用了 α-SiC 并将铝与碳结合作为烧结助剂,实现了高达 99% 的密度。

  • Coppola 的第八项专利,首次记录了“ABC”AlB2/C 烧结助剂系统,最终证明成为主流的 SSiC-DSSC 方法,并在未来几年实现 100% 的密度。


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Prochazka 方法是 1973 年发明 DSSC 的首个方法,它使用昂贵稀有的亚微米 β-SiC 作为原料,这种原料可以通过气体热解和其他昂贵的先进化學合成技术获得。这种亚微米 β-SiC 掺杂硼和碳烧结助剂,并在氮气下烧结。氮气可以延迟 β-SiC 向 α-SiC 的相变,该相变从 1600°C 开始,导致 α-SiC 的晶粒过度生长。这种 SSiC-DSSC 的微观结构由嵌入细粒 β-SiC 基质中的大型管状 α-SiC 晶体组成。这种 SSiC-DSSC 具有较差的热强度,Prochazka SSiC-DSSC 的密度可以达到 98%。

另一种克服晶粒生长/热强度问题的策略是使用 α-SiC/β-SiC 混合物来控制晶粒生长。

八项 Carborundum SSiC-DSSC 专利都致力于廉价且广泛可用的 α-SiC,这种 α-SiC 易于作为 Acheson 工业级生坯 SiC 获得,可以研磨至亚微米粒径范围,并掺杂硼和碳烧结助剂,烧结密度最高为 97%,通常为 96% 或更低。一些新颖的方法获得专利,包括铍掺杂、α-SiC/β-SiC 混合物、杂质容忍、硼烧结气氛以及替代通常的 B4C 的其他硼化物 (BP、BN 和 AlB2)。然而,从本质上讲,Carborundum SSiC-DSSC 的概念是更便宜、更实用的 SSiC-DSSC,其密度略低于 Prochazka SSiC-DSSC,但对于像防弹衣这样的大众市场产品而言具有商业可行性。

Schwetz 和 Lipp 的 ESK 公司只提交了一项 SSiC-DSSC 专利 ,于 1978 年提交,但这是一项非常全面的专利。它主要使用廉价且广泛可用的 α-SiC,掺杂铝和碳作为烧结助剂。它达到了高达 99% 的密度,这是当时所有 DSSC 中最高的,並且具有高达 1600°C 的出色热强度。

从概述 20 世纪 80 年代以来的 DSSC 发展,三个问题尤为重要:

  • 固态烧结 SSiC-DSSC 的专利保护一直持续到本世纪初。

  • 防弹衣革命。从 Alliegro 于 1956 年发明 HPSC 到 1996 年美国军队实施 ISAPO 然后是 SAPI 大型陶瓷防弹衣计划,致密接近纯 SiC 在长达四十年的时间里一直是一个利基小众技术。该计划在 21 世纪初迅速被全球各地效仿。DSSC 是全球大型军用防弹衣计划的首选陶瓷材料,氧化铝、碳化硼、HPSC 和 RSSC 也发挥了重要作用。突然,DSSC 成为全球领先的陶瓷技术之一。

  • 液相烧结 SSiC-DSSC (LPS-DSSC): 这种新技术虽然在微观结构和成本方面略逊于固态烧结 SSiC-DSSC,但其较低的烧结温度使其不易出现晶粒过度生长。因此,LPS-DSSC 在 21 世纪获得了持续发展,成为 SSiC-DSSC 制造中重要的一支。总体而言,20 世纪 80 年代以后,DSSC 技术经历了从专利保护限制到市场需求激增的转变,并衍生出了新的分支 LPS-DSSC,展现了其在陶瓷材料领域的重要地位和发展潜力。



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