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                          解析碳化硅陶瓷制作工藝流程
                          - 2020-02-15-

                            一、碳化硅陶瓷的合成:

                            SiC幾乎不存在于地球上,只存在于隕石中,因此SiC粉末的工業應用是人工合成。目前,合成SiC粉末的主要方法有:

                            1、Acheson法:

                            這是工業上使用最廣泛的合成方法,即石英砂和焦炭的混合物經電加熱到2500℃左右。因石英砂和焦炭中通常含有Al和Fe等雜質,在制成的SiC中都固溶有少量雜質。其中綠色雜質少,黑色雜質多。

                            2、化合法:

                            在一定溫度下,高純硅與炭黑直接反應??珊铣筛呒兌忍蓟璺?。

                            3、熱分解法:

                            在1200~1500c多硅或三氯甲基硅為原料,經分解反應制備亞微米SiC粉末。

                            4、氣相反相法:

                            含硅氣體如SiCl_4和SiH_4以及Ch_4C_3H_8、C_7H_8和(ClAsCh_3SiCl_3、(Ch_3)2SiCl_2和Si(Ch_3)_4等含碳氣體在高溫下被重新激活制備納米超細SiC粉末。

                            二、碳化硅陶瓷的燒結

                            1、無壓燒結

                            高密度SiC陶瓷用量的B和C進入高純SiC細粉中,GEE在2020C成功地獲得了高密度SiC陶瓷。目前,該工藝已成為制備SiC陶瓷的主要方法。當b和c同時加入時,b可以溶解到SiC中以降低晶界能,c可以去除SiC顆粒表面的siO2,改善表面能,因此,b和c的加入創造了熱力學優勢。然而,日本研究人員認為,SiC的密度沒有熱力學限制。其他學者認為SiC的致密化機理可能是液相燒結,他們發現富b的液相存在于含b和c的SiC燒結體中的晶界。無壓燒結機理尚未確定。

                            以SiC為原料,加入b和c,可以實現SiC的致密化。

                            結果表明,單用B和C作添加劑對SiC陶瓷的緊湊性無明顯影響。SiC陶瓷的高密度只有在B和C同時加入時才能實現。為了SiC的致密燒結,SiC粉料的比表面積應在10m2/g以上,且氧含量盡可能低。B的加入量約為0.5%,C的加入量取決于原料的氧含量。

                            近年來,在亞微米SiC粉體中添加了Al2O3和Y2O3,以達到1850C2000C時SiC的致密燒結。由于燒結溫度低,組織的強度和韌性大大提高。

                            2、熱壓燒結

                            20世紀50年代中期,諾頓公司開始研究b、ni、cr、fe等金屬添加劑對SIC熱壓燒結的影響。實驗表明,鋁和鐵是促進SiC致密化的最有效的添加劑。

                            研究者以Al2O3為添加劑,采用熱壓燒結法實現了SiC的致密化。此外,一些研究人員使用B4C、B或B和C、Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、BE、B4C和C作為添加劑。

                            結果表明,燒結體的顯微組織、力學性能和熱學性能隨添加劑的種類而變化。例如,當使用化合物B或B作為添加劑時,熱壓SiC的晶粒較小,但強度較高。熱壓成型的SiC陶瓷具有較高的導熱性能,且以Bu為添加劑。

                            3、熱等靜壓燒結:

                            近年來,為了進一步提高SiC陶瓷的力學性能,研究人員對SiC陶瓷的熱等靜壓工藝進行了研究。研究、c為添加劑,采用熱等靜壓燒結工藝制備了1900c高密度SiC燒結體。在2000c和138mpa的壓力下,成功地實現了無添加劑的SiC陶瓷的致密燒結。

                            結果表明,SiC粉體的SiC顆粒尺寸小于0.6m,即使沒有添加劑,也可以在1950C時進行硬化。選用比表面積為24m2/g的SiC超細粉末,可以在1850C時采用熱等靜壓燒結法制備出高密度非添加SiC陶瓷。

                            斷浪還有Al2O3是熱度靜壓燒結SiC陶瓷的有效添加劑C的加入對SiC陶瓷的熱均衡燒結致密化沒有影響。

                            4、反應燒結:

                            SiC的反應燒結法最早在美國研究成功。反應燒結過程如下:首先,-SiC粉體和石墨粉體按比例混合,多孔體采用干壓、擠壓或灌漿制成。在高溫接觸液態Si、C與浸滲Si反應形成SiSi反應形成SiC,并與-SiC相結合,在孔隙中填充過多的Si,從而得到非孔隙、致密的反應燒結體。反應燒結SiC通常含有8%自由硅。因此,為了保證完全的硅滲透,鑄坯應該有足夠的孔隙度。通過調整初始混合物中-SiC和CSiC和C的含量、-SiC的粒度分布、C的形狀和晶粒尺寸以及成形壓力,得到了適當的密度。

                            實驗表明,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。例如,就燒結密度和彎曲強度而言,熱壓燒結和熱等靜壓燒結SiC陶瓷比較多,反應燒結SiC比較低。在另一方面,sic陶瓷的力學性能不同于燒結添加劑。無壓燒結、熱壓燒結、反應燒結SiC陶瓷耐強酸堿性好,反應燒結SiC陶瓷耐HF等超強酸性較差。與高溫電阻相比,當溫度在900℃以下時,幾乎所有的SiC陶瓷的強度都有所增加,而當溫度在1400℃以上時,SiC陶瓷的彎曲強度下降。SiC陶瓷無壓燒結和熱等靜壓燒結的高溫性能主要受添加劑種類的影響。

                            總而言之,由于不同的燒結方法,SiC陶瓷的性同。一般來說,無壓燒結SiC陶瓷的綜合性能優于活性燒結SiC陶瓷,但低于熱壓燒結和熱等靜壓燒結。

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