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                          關于碳化硅陶瓷的基礎知識
                          - 2020-02-15-

                            碳化硅陶瓷具有高硬度、高熔點(2400c)、高耐磨性和耐腐蝕性,以及優異的抗氧化性、高溫強度、化學穩定性、耐熱震性、導熱性和良好的氣密性等特點,已廣泛應用于能源、冶金、機械、石油、化工、航空、航天、國防等領域

                            研磨工業通常根據顏色將碳化硅分為黑色肉桂和綠色碳化硅,兩者都是六角形晶體,屬于-SIC。

                            黑碳化硅含有98.5%左右的碳化硅,黑碳化硅由石英砂、石油焦和高品質制成。它的硬度介于剛玉和金剛石之間,機械強度高于剛玉,脆性和鋒利。其韌性高于綠色碳化硅,其中大部分用于低拉伸強度材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、鑄鐵和有色金屬。

                            綠色碳化硅含有99%以上的碳化硅,綠色碳化硅是石油焦和高質量二氧化硅的主要原料,加鹽作為添加劑,經電阻爐冶煉。它具有良好的自銳性能,主要用于硬質合金、中國合金和光學玻璃的加工,也用于耐磨缸套和精制高速鋼刀具。

                            SiC的強共價鍵是SiC具有一系列優異性能的根本原因,但也給燒結帶來困難。

                            從熱力學角度來看,燒結過程中原粉團聚導致的自由能降低是致密化的主要驅動力。但是,SiC晶界自由能相對較高,從固-固界面到固-固界面,導致粉末團聚,自由能量下降不明顯。自由能差越小,燒結過程的驅動力越低,SiC粉末比其他陶瓷更加困難,目前常用的方法是通過添加燒結助劑、減小原粉粒徑和壓制來改變自由能和促進SiC的致密化。

                            從動態角度看,燒結過程中的傳質機制主要有蒸發和冷凝、粘度流動、表面擴散、晶界或晶格擴散和塑性變形。SiC的強共價鍵導致固相傳質速率慢,如晶格擴散和表面擴散,氣相傳質需要高溫才能促進粉末分解。因此,現有的燒結工藝主要是通過添加燒結助劑來提高固相擴散速率或產生粘性液體玻璃輔助SiC來實現粘性流動。

                            SiC陶瓷的高純度不含雜質,可以提高SiC陶瓷的熱導率,但是在燒結過程中,要降低燒結溫度,提高燒結助劑的密度,必須介紹如何解決這們之間的矛盾,是SiC陶瓷燒結難度高、焦點高的問題。

                            Al2O3陶瓷,燒結溫度相對較低,成本低廉,電絕緣性能好,目前已經得到廣泛應用,但是其熱導率較低,在大功率電路中的應用受到限制。

                            北歐陶瓷具有良好的介電性能,在某些領域被用作高熱導基材料。然而,由于北歐、歐洲、美國、日本等地的毒性,已經頒布了限制北歐電子產品銷售和發展的規定。

                            AlN陶瓷兼具優秀的導熱和電絕緣性,介電常數低,適用于大功率電路。但是AlN陶瓷的燒結溫度過高,導致制備工藝復雜、成本高,尚未進行大規模的生產和應用。而且,在濕環境中,鋁易水解,可靠性差。

                            SiC陶瓷具有密度低、機械強度高、抗氧化性好、耐磨性好、耐熱沖擊性好、熱膨脹系數低、與芯片熱膨脹系數高兼容性、耐化學腐蝕等特點,在電子產品領域具有良好的開發應用前景,能滿足電子設備性能高、重量小、可靠性要求。

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