碳化硅基本特性及碳化硅陶瓷燒結(jié)工藝

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上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。    

2、60; 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

3、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

4、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26702815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。  

5、0;   導(dǎo)熱率：碳化硅制品的導(dǎo)熱率非常高，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。     

6、;  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。      

7、;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。-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

8、其發(fā)生反應(yīng)：      SiO2 (s) + 3C(s) -SiC（s）+ 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。     

9、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

10、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SiC陶瓷制造技術(shù)的不斷改進(jìn), 其性能不斷提高, 應(yīng)用范圍也越來越廣。目前, SiC陶瓷已在石油、化工、機(jī)械、微電子、汽車、航空航天、鋼鐵、造紙、激光、核能及加工等工業(yè)領(lǐng)域獲得大量應(yīng)用, 并日益展示出其它結(jié)構(gòu)陶瓷所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。今后,

11、0;隨著SiC陶瓷制造技術(shù)的不斷進(jìn)步, 其用途無疑會(huì)越來越廣。可以預(yù)計(jì), 在不久的將來, 一個(gè)以高溫機(jī)械部件為最終目標(biāo)的SiC陶瓷市場(chǎng)需求量一定會(huì)越來越大。粉體技術(shù)在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用2014月12月30日 發(fā)布 分類：粉體應(yīng)用技術(shù) 點(diǎn)擊量：108 1      在高端陶瓷和特種陶瓷的生產(chǎn)過程中，的應(yīng)用是非常重要的，關(guān)系著產(chǎn)品品質(zhì)的高低和產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)。本文就粉體技術(shù)在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用做一下總結(jié)：      精細(xì)陶瓷   

12、   目前，日本、美國和西歐等發(fā)達(dá)國家的精細(xì)陶瓷生產(chǎn)量和應(yīng)用量是全世界最大的。日本和美國精細(xì)陶瓷產(chǎn)量約占全世界市場(chǎng)份額的70%以上。我國精細(xì)陶瓷的起步較晚,但隨著一些民企和中外合資精細(xì)陶瓷生產(chǎn)企業(yè)的逐漸發(fā)展壯大，我國的精細(xì)陶瓷產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模。目前，我國精細(xì)陶瓷的生產(chǎn)規(guī)?？傮w仍較小，但從其結(jié)構(gòu)和功能來區(qū)分，我國精細(xì)陶瓷的發(fā)展趨勢(shì)仍與國外精細(xì)陶瓷的發(fā)展趨勢(shì)基本一致，主要是以電子陶瓷為主。精細(xì)陶瓷主要應(yīng)用于電子、通信、化工、冶金、機(jī)械、汽車制造、能源、航空航天等空間技術(shù)裝備各領(lǐng)域。精細(xì)陶瓷制品       陶瓷工業(yè)的原料

13、制備過程中需要對(duì)物料進(jìn)行粉磨和混合。為了后續(xù)的擠壓成型，多采用濕法的批次粉磨工藝。原料取決于漿料的粉磨效果好壞，直接影響著泥坯的流變性和成型燒結(jié)質(zhì)量。研磨過程中要避免金屬物的污染。所使用的襯板多為非金屬材料。研磨介質(zhì)采用球石或陶瓷磨球。在精細(xì)陶瓷生產(chǎn)過程中、原料超細(xì)研磨更為需要。無論是功能陶瓷還是結(jié)構(gòu)陶瓷。都是多種原料固相反應(yīng)的產(chǎn)物。若原料粉碎得越細(xì)，多種原料的混合度就越高，固相反應(yīng)也就越均勻徹底，產(chǎn)品性能也就越好。達(dá)到納米級(jí)的陶瓷微納米陶瓷，通過其小尺寸效應(yīng)，希望克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。若能解決單相納米陶瓷的燒結(jié)過程中抑制晶粒長大的技術(shù)難題，則它將具有高硬

14、度、高韌性、低溫超塑性、易加工等優(yōu)點(diǎn)。在制備納米粉體的工藝上，除了保證納米粉體的質(zhì)量，做到尺寸和分布可控，無團(tuán)聚，能控制顆粒的形狀，還要生產(chǎn)量大。      結(jié)構(gòu)陶瓷      高溫、高強(qiáng)、超硬、耐磨、抗腐等機(jī)械力學(xué)性能為其主要特征。例如，納米級(jí)ZrO2陶瓷，燒結(jié)溫度為1250，施加一不大的力有400的形變，類似金屬的延展性。室溫下進(jìn)行拉伸疲勞試驗(yàn)，斷裂后表層晶粒間同樣表現(xiàn)為塑性形變。不僅離子型物質(zhì)如此，共價(jià)型的SiCl4也有微小超塑性行為。美國一科學(xué)家用CaF2納米材料在室溫下可大幅度彎曲不斷

15、裂。納米TiO2陶瓷度達(dá)95，高硬度，耐高溫，若用于改善發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，將大大改善其性能。通過降低燒結(jié)溫度制成小晶粒，可用于電子陶瓷制備，例如：采用納米鈦酸鋇顆粒燒結(jié)來提高片式電容器和片式電感器的各項(xiàng)指標(biāo)性能。結(jié)構(gòu)陶瓷制品       功能陶瓷        以電、磁、光、聲、熱、力等性能及相互轉(zhuǎn)換為主要特征。例絕緣陶瓷、介電陶瓷、鐵電陶瓷、壓電陶瓷、半導(dǎo)、導(dǎo)電、超導(dǎo)陶瓷。有的學(xué)者基于過渡液相燒結(jié)機(jī)制的高性能壓電陶瓷材料具有低燒結(jié)溫度、高壓電常數(shù)和低介質(zhì)損耗等諸多優(yōu)點(diǎn)。

16、低燒多層壓電變壓器(MPT)以其低驅(qū)動(dòng)電壓、小體積、高升壓比、薄型片式化等優(yōu)點(diǎn)在液晶顯示背光電源等方面獲得應(yīng)用。多層壓電變壓器及其背光電源具有高功率密度、高轉(zhuǎn)換效率、薄型化和低成本等特點(diǎn)?；谌毕莼瘜W(xué)原理和無晶粒長大的致密化燒結(jié)動(dòng)力學(xué)，制備了亞微米/納米晶鈦酸鋇基陶瓷及其薄層化賤金屬內(nèi)電極MLCC。研制了低燒鐵氧體材料及其片式電感器。功能陶瓷制品       生物陶瓷       生物陶瓷是指用作特定的生物或生理功能的一類陶瓷材料，即直接用于人體或與人體相關(guān)的生物、醫(yī)用、生物化學(xué)等的陶瓷材料。廣義講，凡屬生物工程的陶瓷材料統(tǒng)稱為生物陶瓷。生物陶瓷材料因其與人的生活密切相關(guān)，故一直倍受材料科學(xué)工作者的重視。應(yīng)用化學(xué)沉淀法制備了粒徑約100nm的-磷酸三鈣(-TCP)超細(xì)粉體，并采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)-TCP，制備得到透明的-TCP生物陶瓷。密度和透光性能分析結(jié)果表明，制備得到的-TCP生物陶瓷純度高、結(jié)構(gòu)致密、晶粒平均尺寸約250nm、具有