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        about

        碳化硅陶瓷的特種制備及燒結技術

        2019-12-17 15:45

        碳化硅陶瓷
        反 
        應 燒 

        反應燒結碳化硅陶瓷又稱自結合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,使得反應燒結的碳化硅陶瓷高溫性能較差。 



        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),獲得的碳化硅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 等 靜 壓 燒 

        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。



        Nadeau指出,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。

        采用無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結和反應燒結的碳化硅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。

        碳化硅陶瓷的四種燒結方法各有優缺點。然而,隨著科學技術的飛速發展,迫切需要提高碳化硅陶瓷的性能,不斷改進制造工藝,降低生產成本,實現碳化硅陶瓷的低溫燒結。為了降低能耗,降低生產成本,促進碳化硅陶瓷產品的產業化。http://www.climatrix.org

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