碳化硅基本特性及碳化硅陶瓷燒結(jié)工藝

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1、碳化硅基本特性及碳化硅陶瓷燒結(jié)工藝2015月01月26日發(fā)布分類：粉體應(yīng)用技術(shù)點(diǎn)擊量：111?6???????碳化硅陶瓷材料具有高溫強(qiáng)度大、高溫抗氧化性強(qiáng)、耐磨損性能好、熱穩(wěn)定性佳?、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率大、硬度高、抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，在汽車、機(jī)械化工、環(huán)境保護(hù)、?空間技術(shù)、?信息電子?、能源等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為一種在很多工業(yè)領(lǐng)域性能優(yōu)異的其他材料不可替代的結(jié)構(gòu)陶瓷。?????現(xiàn)代國防、核能和空間技術(shù)以及汽車工業(yè)、海洋工程的迅速發(fā)展,?對(duì)火箭燃燒室內(nèi)襯、飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)部件、高速氣動(dòng)軸承和機(jī)械密封零件等材料的要求愈來愈高,?迫切需要開發(fā)各種新型

2、高性能結(jié)構(gòu)材料。?SiC陶瓷在石油化學(xué)工業(yè)中已被廣泛地用作各種耐腐蝕用容器及管道在機(jī)械工業(yè)中已被成功地用作各種軸承、切削刀具和機(jī)械密封部件在航天和汽車工業(yè)中也被認(rèn)為是未來制造燃?xì)廨啓C(jī)、火箭噴嘴和發(fā)動(dòng)機(jī)部件的最有希望的候選材料。??????1、碳化硅的基本特性????化學(xué)屬性?????抗化合性：碳化硅材料在氧氣中反應(yīng)溫度達(dá)到1300℃時(shí)，在其碳化硅晶體表層已經(jīng)生成二氧化硅保護(hù)層。隨著保護(hù)層的加厚，抵制了里面碳化硅繼續(xù)被化合，這使碳化硅有較好的抗化合性。當(dāng)氣溫達(dá)到1900K(1627℃)以上時(shí)，二氧化硅保護(hù)膜已經(jīng)被破壞，碳化硅化合效應(yīng)加重，從而1900K是碳化硅在氧化劑氛圍下的最高工作氣

3、溫。??????耐酸堿性：在耐酸、堿及化合物的效用方面，因?yàn)槎趸璞Ｗo(hù)膜的效用，碳化硅的抗酸能力非常非常強(qiáng)，抗堿性稍差。????物理性能?????密度：各樣碳化硅晶形的顆粒密度十分相近，通常情況下，應(yīng)該是3.20?g/mm3，其碳化硅磨料的堆砌密度在1.2--1.6?g/mm3之間，其高矮取決于其粒度號(hào)、粒度合成和顆粒形狀的大小。?????硬度：?碳化硅的硬度為：莫氏9.5級(jí)。單晶硅的硬度為：莫氏7級(jí)。多晶硅的硬度為：莫氏7級(jí)。都是硬度相對(duì)較高的物料。努普硬度為2670—2815公斤/毫米，在磨料中高于剛玉而僅次于金剛石、立方氮化硼和碳化硼。?????導(dǎo)熱率：碳化硅制品的導(dǎo)熱率非常

4、高，熱膨脹參數(shù)小，抗熱震性非常高，是優(yōu)質(zhì)的耐火材料。??????電學(xué)屬性?????恒溫下工業(yè)碳化硅是一種半導(dǎo)體，屬雜質(zhì)導(dǎo)電性。高純度碳化硅隨著氣溫的升高內(nèi)阻率降低，含雜質(zhì)碳化硅按照其含雜質(zhì)不一樣，導(dǎo)電性能也不一樣。??????其它屬性?????親水性好。??????眾所周知,?SiC是共價(jià)鍵很強(qiáng)的化合物。按照Pauling對(duì)電負(fù)性的計(jì)算,?SiC?中Si一C鍵的離子性僅12%左右。因此,SiC?的硬度高、彈性模量大,?具有優(yōu)良的耐磨損性能。值得指出的是,?SiC氧化時(shí),?表面形成的二氧化硅層會(huì)抑制氧的進(jìn)一步擴(kuò)散,?因而,?其氧化速率并不高。在電性能方面,?SiC具有半導(dǎo)體特性,?少量

5、雜質(zhì)的引入會(huì)使其表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性：此外,SiC?還具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。??????2、碳化硅粉末的合成方法?????SiC是在隕石中發(fā)現(xiàn)的，在地球上幾乎不存在，因此，工業(yè)上應(yīng)用的SiC粉末都是人工合成的。目前，合成SiC粉末的方法主要有：Acheson法、直接化合法、熱分解法和氣相反應(yīng)法等。其中在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，最為普及的還是Acheson法。??????Acheson法簡(jiǎn)介?????Acheson法是工業(yè)采用最多的合成方法。α-SiC粉末的方法，即用電加熱的方法將石英砂和焦炭的混合物加熱到2500℃左右的高溫使其發(fā)生反應(yīng)：?????SiO2?(s)?+?3C(s)?→α-SiC（s

6、）+?2CO(g)????????在工業(yè)生產(chǎn)中,?用于合成的石英砂和焦炭通常含有Al和Fe等金屬雜質(zhì),?因此,?所得到的SiC一般都固溶有少量的雜質(zhì)。其中,?雜質(zhì)含量少的呈綠色,被稱為綠色碳化硅;雜質(zhì)含量多的呈黑色,?被稱為黑色碳化硅。?????3、碳化硅陶瓷的燒結(jié)工藝?????目前，制備高密度SiC陶瓷的方法主要有無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)等。通過無壓燒結(jié)工藝可以制備出復(fù)雜形狀和大尺寸的SiC部件，因此，被認(rèn)為是SiC陶瓷的最有的前途的燒結(jié)方法。采用熱壓燒結(jié)工藝只能制備簡(jiǎn)單形狀的SiC部件，而且一次熱燒結(jié)過程所制備的產(chǎn)品數(shù)量很小，因而，不利于商業(yè)化生產(chǎn)。盡管熱等靜壓

7、工藝可以獲得復(fù)雜形狀的SiC制品，但必須對(duì)素坯進(jìn)行包封，所以，也很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。通過反應(yīng)燒結(jié)工藝可以制備出復(fù)雜形狀的SiC部件，而且其燒結(jié)溫度較低，但是，反應(yīng)燒結(jié)SiC陶瓷的高溫性能較差。表1給出了無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)中SiC陶瓷的某些性能。顯然，SiC陶瓷的性能因燒結(jié)法的不同而不同。一般來說，無壓燒結(jié)SiC陶瓷的綜合性能優(yōu)于反應(yīng)燒結(jié)的SiC，但遜色于熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)的SiC。不同燒結(jié)方法性能對(duì)照表?????近年來,?隨著S