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          碳化硅陶瓷的特種制備技術

          碳化硅陶瓷的特種制備技術

          • 分類:行業資訊
          • 作者:小星
          • 來源:
          • 發布時間:2023-09-21
          • 訪問量:0

          【概要描述】碳化硅陶瓷材料具有高溫強度大,高溫抗氧化性強,耐磨損性能好,熱穩定性,熱彭脹系數小,熱導率大,硬度高,抗熱震和耐化學腐蝕等優良特性。在汽車、機械化工、環境保護、空間技術、信息電子、能源等領域有著日益廣泛的應用,已經成為一種在很多工業領域性能優異的其他材料不可替代的結構陶瓷。

          碳化硅陶瓷的特種制備技術

          【概要描述】碳化硅陶瓷材料具有高溫強度大,高溫抗氧化性強,耐磨損性能好,熱穩定性,熱彭脹系數小,熱導率大,硬度高,抗熱震和耐化學腐蝕等優良特性。在汽車、機械化工、環境保護、空間技術、信息電子、能源等領域有著日益廣泛的應用,已經成為一種在很多工業領域性能優異的其他材料不可替代的結構陶瓷。

          • 分類:行業資訊
          • 作者:小星
          • 來源:
          • 發布時間:2023-09-21
          • 訪問量:0
          詳情

           碳化硅陶瓷材料具有高溫強度大,高溫抗氧化性強,耐磨損性能好,熱穩定性,熱彭脹系數小,熱導率大,硬度高,抗熱震和耐化學腐蝕等優良特性。在汽車、機械化工、環境保護、空間技術、信息電子、能源等領域有著日益廣泛的應用,已經成為一種在很多工業領域性能優異的其他材料不可替代的結構陶瓷。

            SiC陶瓷的優異性能與其獨特結構密切相關。SiC是共價鍵很強的化合物,SiC中Si-C鍵的離子性僅12%左右。因此,SiC強度高、彈性模量大,具有優良的耐磨損性能。純SiC不會被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等堿溶液侵蝕。在空氣中加熱時易發生氧化,但氧化時表面形成的SiO2會抑制氧的進一步擴散,故氧化速率并不高。在電性能方面,SiC具有半導體性,少量雜質的引入會表現出良好的導電性。此外,SiC還有優良的導熱性。

            

            有機聚合物的高溫分解是制備碳化硅的有效技術:

            一類是加熱凝膠聚硅氧烷發生分解反應放出小單體,最終形成SiO2和C,再由碳還原反應制得SiC粉。

            另一類是加熱聚硅烷或聚碳硅烷放出小單體后生成骨架,最終形成SiC粉末。

            當前運用溶膠一凝膠技術把SiO2制成以SiO2為基的氫氧衍生物的溶膠/凝膠材料,保證了燒結添加劑與增韌添加劑均勻分布在凝膠之中,為形成高性能的碳化硅陶瓷粉末提供了條件。

          燒結工藝

            無壓燒結

            無壓燒結被認為是SiC燒結最有前途的燒結方法,根據燒結機理的不同,無壓燒結又可分為固相燒結和液相燒結。S.Proehazka通過在超細β-SiC粉體(含氧量小于2%)中同時加入適量B和C的方法,在2020℃下常壓燒結成密度高于98%的SiC燒結體。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3為添加劑在1850-1950℃燒結0.5μm的β-SiC(顆粒表面含有少量SiO2),獲得的SiC陶瓷相對密度大于理論密度的95%,并且晶粒細小,平均尺寸為1.5μm。

            熱壓燒結

            不添加任何燒結助劑,純SiC只有在極高的溫度下才能燒結致密,于是不少人對SiC實行熱壓燒結工藝。關于添加燒結助劑對SiC進行熱壓燒結的報道已有許多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金屬添加物對SiC致密化的影響,發現Al和Fe是促進SiC熱壓燒結最有效的添加劑。F.F.Lange研究了添加不同量Al2O3對熱壓燒結SiC的性能影響,認為熱壓燒結致密是靠溶解--再沉淀機理。但是熱壓燒結工藝只能制備形狀簡單的SiC部件,而且一次熱壓燒結過程中所制備的產品數量很小,因此不利于工業化生產。

            熱等靜壓燒結

            為了克服傳統燒結工藝存在的缺陷,Duna以B和C為添加劑,采用熱等靜壓燒結工藝,在1900℃便獲得了密度大于98%、室溫抗彎強度高達600MPa左右的細晶SiC陶瓷。盡管熱等靜壓燒結可獲得形狀復雜的致密SiC制品,并且制品具有較好的力學性能,但是HIP燒結必須對素坯進行包封,所以很難實現工業化生產。

            反應燒結

            反應燒結S iC又稱自結合SiC,是通過多孔坯件同氣相或液相發生化學反應,使坯件質量增加,孔隙減小,并燒結成具有一定強度和尺寸精度的成品的工藝。是由α—SiC粉和石墨按一定比例混臺成坯體后,并加熱到1650 ℃左右,同時熔滲 Si或通過氣相Si滲入坯體,使之與石墨起反應生成β—SiC,把原先存在的α—SiC顆粒結合起來。如果滲Si完全,就可得到完全致密、無尺寸收縮的反應燒結體。同其它燒結工藝比較,反應燒結在致密過程中的尺寸變化小,可以制造尺寸精確的制品,但燒結體中相當數量SiC的存在,使得反應燒結的SiC陶瓷高溫性能較差。

            采用無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結和反應燒結的SiC陶瓷具有各異的性能特點。如就燒結密度和抗彎強度來說,熱壓燒結和熱等靜壓燒結SiC陶瓷相對較多,反應燒結SiC相對較低。另一方面,SiC陶瓷的力學性能還隨燒結添加劑的不同而不同。無壓燒結、熱壓燒結和反應燒結SiC陶瓷對強酸、強堿具有良好的抵抗力,但反應燒結SiC陶瓷對HF等超強酸的抗蝕性較差。就耐高溫性能比較來看,當溫度低于900℃時,幾乎所有SiC陶瓷強度均有所提高;當溫度超過1400℃時,反應燒結SiC陶瓷抗彎強度急劇下降。(這是由于燒結體中含有一定量的游離Si,當超過一定溫度抗彎強度急劇下降所致)對于無壓燒結和熱等靜壓燒結的SiC陶瓷,其耐高溫性能主要受添加劑種類的影響。

            SiC陶瓷的4種燒結方式各有千秋,但是在科技發展如此迅速的今天,迫切需要提高SiC陶瓷的性能,不斷改進制造技術,降低生產成本,實現SiC陶瓷的低溫燒結。以達到降低能耗,降低生產成本,推動SiC陶瓷產品產業化的目的。

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