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        碳化硅陶瓷的燒結工藝及特點

        2020-01-03 16:50

        碳化硅陶瓷
        碳化硅陶瓷具有硬度高、
        耐磨、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震性好、耐高溫、(最高使用溫度可到1380℃)使用壽命長等特性,這使得碳化硅陶瓷在各個領域得到了廣泛的應用。今天尚美新材小編就帶大家一起來了解一下碳化硅陶瓷的燒結工藝及特點:



        1、反應燒結:

        碳化硅陶瓷的反應燒結法最早在美國研究成功。反應燒結的工藝過程為:先將α-SiC粉和石墨粉按比例混勻,經干壓、擠壓或注漿等方法制成多孔坯體。在高溫下與液態Si接觸,坯體中的C與滲入的Si反應,生成β-SiC,并與α-SiC相結合,過量的Si填充于氣孔,從而得到無孔致密的反應燒結體。反應燒結碳化硅通常含有8%的游離Si。因此,為保證滲Si的完全,素坯應具有足夠的孔隙度。一般通過調整最初混合料中α-SiC和C的含量,α-SiC的粒度級配,C的形狀和粒度以及成型壓力等手段來獲得適當的素坯密度。

        2、無壓燒結 :

        1974年美國GE公司通過在高純度β-SiC細粉中同時加入少量的B和C,采用無壓燒結工藝,于2020℃成功地獲得高密度碳化硅陶瓷。目前,該工藝已成為制備SiC陶瓷的主要方法。 最近,有研究者在亞微米SiC粉料中加入Al2O3和Y2O3,在1850℃~2000℃溫度下實現SiC的致密燒結。由于燒結溫度低而具有明顯細化的微觀結構,因而,其強度和韌性大大改善。

        3、熱等靜壓燒結:

        近年來,為進一步提高SiC陶瓷的力學性能,研究人員進行了碳化硅陶瓷的熱等靜壓工藝的研究工作。研究人員以B和C為添加劑,采用熱等靜壓燒結工藝,在1900℃便獲得高密度SiC燒結體。更進一步,通過該工藝,在2000℃和138MPa壓力下,成功實現無添加劑SiC陶瓷的致密燒結。 研究表明:當SiC粉末的粒徑小于0.6μm時,即使不引入任何添加劑,通過熱等靜壓燒結,在1950℃即可使其致密化。

        4、熱壓燒結:

        50年代中期,美國Norton公司就開始研究B、Ni、Cr、Fe、Al等金屬添加物對SiC熱壓燒結的影響。實驗表明:Al和Fe是促進SiC熱壓致密化的最有效的添加劑。 有研究者以Al2O3為添加劑,通過熱壓燒結工藝,也實現了SiC的致密化,并認為其機理是液相燒結。此外,還有研究者分別以B4C、B或B與C,Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C與C作添加劑,采用熱壓燒結,也都獲得了致密SiC陶瓷http://www.climatrix.org

               
        以上四種燒結的碳化硅陶瓷具有各異的性能特點,無壓燒結、熱壓燒結和反應燒結碳化硅陶瓷對強酸、強堿具有良好的抵抗力,但反應燒結碳化硅陶瓷對HF等超強酸的抗蝕性較差。就燒結密度和抗彎強度來說,熱壓燒結和熱等靜壓燒結碳化硅陶瓷相對較高,反應燒結碳化硅相對較低。另一方面,碳化硅陶瓷的力學性能還隨燒結添加劑的不同而不同。就耐高溫性能比較來看,當溫度低于900℃時,幾乎所有碳化硅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碳化硅陶瓷,其耐高溫性能主要受添加劑種類的影響。

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