碳化硅粉體的制備及改性技術(shù)

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代國防，空間技術(shù)以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域不僅要求工程材料具備 良好的機(jī)械性能，而且要求其具有良好的物理性能。碳化硅(SiC)陶瓷具有高溫強(qiáng)度和抗氧化 性好、耐磨性能和熱穩(wěn)定性高、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，因而常常 用于制造燃燒室、高溫排氣裝置、耐溫貼片、飛機(jī)引擎構(gòu)件、化學(xué)反應(yīng)容器、熱交換器管等 嚴(yán)酷條件下的機(jī)械構(gòu)件，是一種應(yīng)用廣泛的先進(jìn)工程材料。它不僅在正在開發(fā)的高新技術(shù)領(lǐng) 域(如陶瓷發(fā)動機(jī)、航天器等)發(fā)揮重要作用，在目前的能源、冶金、機(jī)械、建材化工等1領(lǐng)域 也具有廣闊的市場和待開發(fā)的應(yīng)用領(lǐng)域。為此，迫切需要生產(chǎn)不同層次、不同性能的各種碳 化硅制品。碳化硅的強(qiáng)

2、共價鍵導(dǎo)致其熔點(diǎn)很高，進(jìn)而使SiC粉體的制備、燒結(jié)致密化等變得 更加困難。本文綜述了近些年碳化硅粉體的制備及改性、成型和燒結(jié)工藝三個方面的研究進(jìn) 展。蔡新民，武七德,劉偉安.反應(yīng)燒結(jié)碳化硅過程的數(shù)學(xué)模型J.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2002, 24(4): 48-501 碳化硅粉體的制備及改性技術(shù)碳化硅粉體的制備技術(shù)就其原始原料狀態(tài)主要可以分為三大類：固相法、液相法和氣 相法。1.1固相法固相法主要有碳熱還原法和硅碳直接反應(yīng)法。碳熱還原法又包括阿奇遜(Acheson)法、 豎式爐法和高溫轉(zhuǎn)爐法。SiC粉體制備最初是采用Acheson法2,用焦炭在高溫下(2400 C 左右)還原SiO2制備的，但此方法

3、獲得的粉末粒徑較大(1mm),耗費(fèi)能量大、工藝復(fù)雜。20 世紀(jì)70年代發(fā)展起來的ESK法對古典Acheson法進(jìn)行了改進(jìn)，80年代出現(xiàn)了豎式爐、高 溫轉(zhuǎn)爐等合成P-SiC粉的新設(shè)備。隨著微波與固體中的化學(xué)物質(zhì)有效而特殊的聚合作用逐漸 被弄清楚，微波加熱合成SiC粉體技術(shù)也日趨成熟。最近，L N. Satapathy等優(yōu)化了微波合 成SiC的工藝參數(shù)。他們以Si+2C為起始反應(yīng)物，采用2.45 GHz的微波在1200-1300 C時保 溫5分鐘即可實現(xiàn)完全反應(yīng),再通過650 C除碳即可獲得純的P-SiC，其平均粒徑約0.4 gm0 硅碳直接反應(yīng)法又包括自蔓延高溫合成法(SHS)和機(jī)械合金化法。S

4、HS還原合成法利用SiO2 與Mg之間的放熱反應(yīng)來彌補(bǔ)熱量的不足，該方法得到的SiC粉末純度高，粒度小，但需要 酸洗等后續(xù)工序除去產(chǎn)物中的Mg。楊曉云等囹?qū)i粉與C粉按照n(Si)： n(C) = 1： 1制 成混合粉末，并封裝在充滿氬氣的磨罐中，在WL-1行星式球磨機(jī)上進(jìn)行機(jī)械球磨，球磨 25 h后得到平均晶粒尺寸約為6 nm的SiC粉體。宋春軍，徐光亮.碳化硅納米粉體的合成、分散與燒結(jié)工藝技術(shù)研究進(jìn)展J.材料科學(xué)與工 藝，2009，17(2):168173L N. Satapathy，P D. Ramesh，Dinesh Agrawal，et al. Microwave synthesi

5、s of phase-pure，fine silicon carbide powderJ.Materials Research Bulletin，2005, 40(10):1871-1882.楊曉云，黃震威.球磨Si, C混合粉末合成納米SiC的高分辨電鏡觀察.金屬學(xué) 報，2000， 36(7): 684-688.1.2 液相法液相法主要有溶膠-凝膠(Sol-gel)法和聚合物熱分解法。溶膠凝膠法為利用含Si和含C的有 機(jī)高分子物質(zhì)，通過適當(dāng)溶膠凝膠化工藝制取含有混合均勻的Si和C的凝膠，然后進(jìn)行熱解以 及高溫碳熱還原而獲得碳化硅的方法。Limin Shi等5以粒徑9.415 gm的SiO2為

6、起始原料， 利用溶膠凝膠法在其表面包覆一層酚醛樹脂,通過熱解然后1500 C于Ar氣氛下進(jìn)行還原反 應(yīng)，獲得了粒徑在200 nm左右的SiC顆粒。有機(jī)聚合物的高溫分解是制備碳化硅的有效技術(shù)： 一類是加熱凝膠聚硅氧烷，發(fā)生分解反應(yīng)放出小單體，最終形成SiO2和C，再由碳還原反 應(yīng)制得SiC粉;另一類是加熱聚硅烷或聚碳硅烷放出小單體后生成骨架，最終形成SiC粉 末。Limin Shi, Hongsheng Zhao, Yinghui Yan, eta.l Synthesis and characterization of submicron silicon carbide powders with

7、 silicon and phenolic resinJ. Powder Technology, 2006, 169(2):7176.1.3氣相法氣相合成碳化硅陶瓷超細(xì)粉末目前主要是運(yùn)用氣相反應(yīng)沉積法(CVD)、等離子體法 (Plasma Induced CVD)、激光誘導(dǎo)氣相法(Laser Induced CVD)等技術(shù)高溫分解有機(jī)物，所得 粉末純度高，顆粒尺寸小，顆粒團(tuán)聚少，組分易于控制，是目前比較先進(jìn)的方法，但成本高、產(chǎn)量 低，不易實現(xiàn)大批量生產(chǎn),較適合于制取實驗室材質(zhì)和用于特殊要求的產(chǎn)品問。宋祖?zhèn)?，戴長虹，翁長根.碳化硅陶瓷粉體的制備技術(shù)J.青島化工學(xué)院學(xué) 報,2001,22(2):1

8、35137、163目前使用的SiC陶瓷粉體主要是亞微米級甚至是納米級別的粉體，因為粉體粒度小、表 面活性高，所以面臨的主要問題是粉體易產(chǎn)生團(tuán)聚，有必要對粉體進(jìn)行表面改性處理，防止 或抑制粉體的二次集聚。目前使SiC粉體分散的方法主要有以下幾類6：高能表面改性、洗 滌、分散劑處理粉體、無機(jī)包覆改性、有機(jī)包覆改性。郝慧.水基高固相含量SiC漿料的制備及其流變性研究碩士學(xué)位論文.武漢:武漢理工大 學(xué)，2006:2 一 3.2碳化硅陶瓷的成型工藝陶瓷材料的成型工藝是制備陶瓷材料的重要環(huán)節(jié)，也是提高陶瓷坯體均勻性和解決陶瓷 材料可靠性的關(guān)鍵工序之一。SiC陶瓷坯體的成型可分為干法成型和濕法成型兩大類。干

9、法 成型主要包括模壓成型和等靜壓成型等。濕法成型有利于消除粉體的團(tuán)聚、減少坯體中雜質(zhì) 的含量、降低坯體的缺陷數(shù)量和成型復(fù)雜形狀的陶瓷部件。濕法成型主要分為塑性成型和膠 態(tài)澆注成型兩大類。塑性成型主要包括擠出成型，注射成型和乳模成型等。塑性成型為了滿 足成型坯體需要，常需要向粉體中添加很多的塑化劑和粘結(jié)劑，這些添加的塑化劑和粘結(jié)劑 在坯體成型后被去除的過程中會造成素坯的密度下降，所以在一些生產(chǎn)高致密、高強(qiáng)度、超 耐腐蝕等高性能SiC陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用不是很廣。膠態(tài)澆注成型是將具有流動性的漿料制備成 具有一定形狀的坯體的一種成型方法。膠態(tài)澆注成型主要包括注漿成型、注凝成型、凝膠注 模成型等。下面本文主

10、要介紹以下幾種常用成型方法。2.1等靜壓成型SiC粉體的等靜壓成型(isostatic pressing)是將預(yù)壓好的SiC坯體包封在彈性的橡膠模具或塑 料模具內(nèi)，然后置于高壓容器中，由液體介質(zhì)傳遞至彈性模具對坯體加壓，然后釋放壓力， 取出模具并從模具中取出成型好的坯體。2009年，Xie Mao-lin，Luo De-li，Xian Xiao-bin 等人7利用冷等靜壓技術(shù)在250 Mpa下成型添加4%氧化鋁的碳化硅樣品，再用超高壓燒結(jié) 得到了幾乎全致密的納米SiC陶瓷。等靜壓成型適于制備成型形狀簡單、產(chǎn)量小和大型的制 品，但其生產(chǎn)過程復(fù)雜，不適于大量生產(chǎn)。Xie Mao-lin,Luo D

11、e-li,Xian Xiao-bin, eta. Densification of nano-SiC by ultra-high pressure effects of time, temperature and pressureJ-Fusion Engineering and Design, 2009, 9(3): 1-52.2擠壓成型擠出成型是指物料通過擠出機(jī)料筒和螺桿間的作用，邊受擠壓，邊被螺桿向前推送，連 續(xù)通過機(jī)頭而制成各種截面制品或半制品的一種加工方法。擠出成型的優(yōu)點(diǎn)：成型制品的產(chǎn) 量比較高，生產(chǎn)線占地面積較小，生產(chǎn)環(huán)境比較清潔；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、造價低，生產(chǎn)線投資 較少。擠出成型在各

12、種陶瓷成型工藝中是最合適生產(chǎn)等截面制品的低成本工藝。該工藝可以 在低溫、低壓條件下將陶瓷粉體混合物擠出得到較長的等截面線材、管材或片材。2009年， 郭曉明等人冏用羥丙基甲基纖維素作為塑化劑擠出了碳化硅陶瓷管材，在常壓燒結(jié)下得到了 致密度達(dá)95.9%的制品，但碳化硅顆粒出現(xiàn)異常長大并有部分板狀晶粒出現(xiàn)。2007年，吉 曉莉9用PX作為增塑劑擠出成型了硅碳棒熱端部件，得到了密度為2 - 4869g/cm3的重結(jié)晶 碳化硅電熱元件熱端，氣孔率23%,電阻率為0.314 Qcm。郭曉明，閆永杰,陳健，等.擠出成型碳化硅陶瓷的力學(xué)性能和顯微結(jié)構(gòu)J.無機(jī)材料學(xué) 報,2009, 24(6): 1155-1

13、158吉曉莉.擠出成型制備重結(jié)晶碳化硅熱端材料的研究D.武漢理工大學(xué)2.3注漿成型注漿成型(SlipCasting)是將具有流動性的SiC粉體漿料注入到多孔質(zhì)模具，利用多孔模具微 小氣孔產(chǎn)生的毛細(xì)管力把漿料中的液體吸出，在多孔模具中留下固化后的坯體。注漿成型過 程中，漿料水分被多孔模具吸收時，具有顆粒重排，二次緊密堆積，體積再收縮的固化機(jī)制， 坯體的密度可以達(dá)到很高的水平。注漿成型操作簡單，可靠性性高，在制備高性能SiC陶瓷 中得到了大規(guī)模的應(yīng)用。S.Suyama等以粒徑小于1呻的SiC粉和C粉采用壓力注裝成型 制備坯體，經(jīng)滲硅反應(yīng)燒結(jié)制備得到游離硅(fsi)尺寸小于100 nm的RBSC陶瓷

14、(SiC和七 的復(fù)合陶瓷)，抗彎強(qiáng)度高達(dá)1070 MPa。S1S1S. Suyama, T. Kameda, Y. Itoh. Development of high-strength reaction-sintered silicon carbideJ.Diamond and Related Materials, 12(2003)1201-1204.2.4凝膠注模成型凝膠注模成型(Gel-Casting, GC)是利用有機(jī)單體聚合將SiC懸浮體原位固化成型，GC成 型坯體密度高、強(qiáng)度高、收縮率小、易成型復(fù)雜形狀的零部件。其工藝過程：首先將SiC粉 體分散在含有有機(jī)單體、交聯(lián)劑、分散劑和消泡劑

15、的水溶液中，混合均勻后，制成低粘度 (50 vol%)的料漿。向料漿中加入引發(fā)劑，攪拌均勻后注入無孔 模具中，在一定溫度條件下使有機(jī)單體在引發(fā)劑的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子鏈，并與 交聯(lián)劑形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而凝膠固化，高分子鏈的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對漿料中SiC粉體顆粒具有 很大的位阻作用，將SiC粉體顆粒位置固定在其中形成強(qiáng)度28MPa的SiC坯體。GC成型 坯體的內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)與干法成型坯體相比要均勻很多11。Zhong-Zhou YiU2等采用GC成型 制備了孔隙率極低，內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)高度均勻的重結(jié)晶SiC坯體，坯體強(qiáng)度高達(dá)(351.9) MPa。J.R.G.Evans. Seventy ways

16、to make ceramics J . Journal of the European Ceramic Society 28 (2008)1421-1432.Zhong-Zhou Yi, Zhi-Peng Xia, Yong Huang, et.al. Study on gelcasting and properties of recrystallized silicon carbide J.Ceramics International, 28(2002):369-376.3 碳化硅陶瓷的燒結(jié)工藝碳化硅是一種典型的共價鍵結(jié)合的穩(wěn)定化合物l2，即使在2100C的高溫下,C和Si的自 擴(kuò)散系數(shù)也

17、僅為1.5X10-10cm2/s和2.5X10-13cm2/s，很難用常規(guī)的方法來實現(xiàn)致密，必須通 過添加一些燒結(jié)助劑以降低表面能或增加表面積以及采用特殊的工藝來獲得致密的碳化硅 陶瓷。按燒結(jié)工藝來分，碳化硅可以分為自結(jié)合(反應(yīng)燒結(jié))SiC、無壓燒結(jié)SiC、熱壓燒結(jié) SiC、高溫?zé)岬褥o壓燒結(jié)SiC、重結(jié)晶燒結(jié)SiC、超高壓燒結(jié)SiC。各種工藝制備的碳化硅其 性能有較大的差異，即使采用同一工藝制備的碳化硅，由于原料、添加劑不同，其性能也相 差很大。表1給出了 SiC陶瓷的一些燒結(jié)方法及某些性能。表1. 3碳化硅及其復(fù)合材料燒結(jié)方法及其特點(diǎn)Table L3 sintering method and

18、feature of SIC and its composite material燒結(jié)方法特點(diǎn)再結(jié)晶燒結(jié)多孔質(zhì)，強(qiáng)度低Si-SiC 法致密，Si、SiC兩相高溫時導(dǎo)致強(qiáng)度下降無壓燒堵致密，少量添加物，強(qiáng)度中等.高溫時強(qiáng)度變化小，成本低高溫等靜壓致密，強(qiáng)度高,成本離熱壓燒結(jié)致密，強(qiáng)度高，有各向異性，不能制備形狀復(fù)雜制品3.1自結(jié)合(反應(yīng)燒結(jié))SiC自結(jié)合SiC制備基本上是一種反應(yīng)燒結(jié)過程。由a-SiC和石墨粉按一定比例混合壓成坯 體，高溫(16001700 C)下使其與液態(tài)Si接觸，坯體中的C會與外部滲入的Si發(fā)生反應(yīng)， Si+C+氣孔=P-SiC,生成P-SiC,并與a-SiC相結(jié)合，過多的S

19、i填充于氣孔，從而得到無孔 致密的反應(yīng)燒結(jié)體。反應(yīng)燒結(jié)過程通常在真空下用感應(yīng)加熱石墨坩堝來完成。自結(jié)合SiC的 強(qiáng)度在1400 C以前基本上與Si含量無關(guān)，超過1400 C由于Si的熔化，強(qiáng)度驟降。由于 反應(yīng)燒結(jié)后的制品尺寸不變，因而可制備形狀復(fù)雜零件，減少機(jī)加工的困難。3.2熱壓燒結(jié)SiC熱壓燒結(jié)是目前制造SiC及其復(fù)合材料工程器件應(yīng)用最廣泛的快速燒結(jié)方法。其工藝是將原 料粉末放入石墨模具，一面用高頻電流加熱石墨模具，一面對其加壓。純SiC的熱壓需要很 高的溫度(2500C )和壓力(5X109Pa)，才能達(dá)到致密。所以需要加入燒結(jié)助劑，在一般 熱壓條件下就可以達(dá)到致密。熱壓添加劑大致可以分

20、為兩類:一類與SiC中的雜質(zhì)形成液相， 通過液相促進(jìn)燒結(jié)。如添加2%A12O3的熱壓SiC熱壓時A12O3與SiO2等形成鋁硅酸鹽液相 冷卻后存于晶界。這種材料高溫強(qiáng)度隨溫度升高而下降，室溫強(qiáng)度較高，A12O3有抑制SiC 晶粒長大作用。另一類與SiC形成固溶體，降低晶界能促進(jìn)燒結(jié)13。江東亮14等研究了以 B4C和C為添加劑的a-SiC熱壓燒結(jié)工藝，在2050 C下獲得接近理論密度的SiC陶瓷。熱 壓燒結(jié)雖然降低燒結(jié)溫度,得到較致密和抗彎強(qiáng)度高的SiC陶瓷,但是熱壓工藝效率低，很難 制造形狀復(fù)雜的SiC部件,不利于工業(yè)化生產(chǎn)。13Lessing P A, Erickson A W, Kune

21、rth D C. Thermal cycling of siliconized-SiC at high temperature. J. Mater. Sci., 2001, (36): 1389-1394.14江東亮，潘振甦，王大千，等.熱壓碳化硅陶瓷材料的研究.硅酸鹽學(xué)報，1981,9(2):133-146.3.3熱等靜壓燒結(jié)SiC由于純SiC很難通過常壓燒結(jié)及熱壓燒結(jié)達(dá)到致密，而加入添加劑會影響SiC陶瓷的某些性 能。為了進(jìn)一步解決上述矛盾，許多研究人員采取熱等靜壓(HIP)燒結(jié)工藝制備SiC陶瓷，并 取得了良好效果，Dutta添加B和C，采用熱等靜壓燒結(jié)工藝，在1900C獲得密度高于98

22、% 的SiC燒結(jié)體，在2000 C和138 MPa壓力下，實現(xiàn)了無添加劑的SiC陶瓷致密燒結(jié)體。 Kofune實驗認(rèn)為：當(dāng)SiC粉粒徑小于0.6 nm時，通過HIP工藝，無需任何添加劑，即可在 1950 C得到致密化SiC陶瓷。中科院上硅所研究表明，在HIP燒結(jié)過程中，A12O3可有效 促進(jìn)SiC陶瓷致密化。SiC添加35%的A12O3時，采用HIP燒結(jié)工藝，在1850C和200MPa 壓力下燒結(jié)1 h，可得到相對密度93.7%和抗彎強(qiáng)度582 MPa的SiC陶瓷。雖然熱等靜壓燒 結(jié)能獲得形狀復(fù)雜且力學(xué)性能較好的致密SiC制品，但是因HIP燒結(jié)必須對素坯進(jìn)行包封， 所以目前難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

23、3.4 重結(jié)晶(Reerystallization)SiC利用澆注法制成密度很高SiC坯體或具有雙蜂粒度分布的模壓SiC坯體，用高純氣體如氫氣 作保護(hù)性氣體于2500c燒結(jié)而成。當(dāng)溫度達(dá)到2100 C時，由于蒸發(fā)和凝聚作用，形成無收 縮自結(jié)合結(jié)構(gòu)PL保持密度不變，在晶體之間形成SiC結(jié)合，其密度達(dá)2.60 g/cm3,氣孔率 約20%，楊氏模數(shù)240GPa，主要用于制備SiC的耐火制品及窯具等。15馬曉紅.Starlight重結(jié)晶碳化硅窯具的開發(fā)與應(yīng)用.中國陶瓷工業(yè),1999,6(2):28303.5無壓燒結(jié)SiC碳化硅的無壓燒結(jié)可以分成固相燒結(jié)與液相燒結(jié)2種。固相燒結(jié)是美國科學(xué)家Procha

24、zka于 1974年首先發(fā)明的，他在亞微米級的pSiC中添加少量的硼與碳，實現(xiàn)碳化硅無壓燒結(jié)，制 得接近理論密度95%的致密燒結(jié)體。隨后W Btcker 和 H Hansner采用a-SiC為原料，添加硼、 碳同樣可以使碳化硅致密化。以后的許多研究表明硼與硼的化合物和Al與Al的化合物均可 以與碳化硅形成固溶體而促進(jìn)燒結(jié)，碳的加入是與碳化硅表面的二氧化硅反應(yīng)增加表面能均 對燒結(jié)有利。固相燒結(jié)的碳化硅，晶界較為“干凈”，基本無液相存在，晶粒在高溫下很易長大。 因此斷裂時是穿晶斷裂,強(qiáng)度與斷裂韌性一般都不高，在300450 MPa與3.54.5 MPa - m1。 之間。但它晶界較為“干凈”，高溫

25、強(qiáng)度并不隨溫度的升高而變化，一般能用到1 600 C，強(qiáng)度 不發(fā)生變化。表M不同燒結(jié)工藝卜SiC陶瓷材料的性能i四Table 1-4 The Performance of SiC under differemt sintered technology種類SiCwt%密度開氣孔 率膨脹系數(shù)10*/K彈性模量 GN/mm2導(dǎo)熱系數(shù) 600X?w/nik比熱500*0J/kgK重結(jié)品碳 化硅992.61648240281100反由燒結(jié) 碳化硅90SiC/WSiC3J20J4.340030H00常壓燒結(jié)碳化硅99354.9400501100熱壓燒結(jié) 碳化硅993.200.14.5400551100種類

26、SiC w.t%密度g/cm3開氣孔率膨脹系數(shù)10-6/K彈性模量GN/mm2導(dǎo)熱系數(shù)600 C w/m-k比熱500CJ/kg-K反應(yīng)燒結(jié)SiC903.120.14.3400301100熱壓燒結(jié)SiC993.200.14.5400551100重結(jié)晶SiC992.601648240281100無壓燒結(jié)SiC993.150.14.9400501100將不同燒結(jié)工藝下SiC陶瓷材料的性能列表如下，綜上比較各種燒結(jié)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)為28:反應(yīng)燒結(jié)制備技術(shù)雖然簡單，但性能無法滿足要求；重結(jié)晶制備的碳化硅使用領(lǐng)域有限，而且工業(yè)條件苛刻，不能制備形狀復(fù)雜的碳化硅陶瓷；（3）熱壓燒結(jié)可以獲得最佳的綜合性能，但由

27、于其存在的苛刻要求限制了熱壓燒結(jié)在碳 化硅陶瓷材料制備方面的應(yīng)用；（4）無壓燒結(jié)的產(chǎn)品性能較好，燒結(jié)工藝較為簡單、產(chǎn)品形狀和尺寸可控性較好，對 原料要求不如熱壓燒結(jié)高。碳化硅材料因其優(yōu)良的性能而得到越來越廣泛的應(yīng)用，不同制備工藝制得的產(chǎn)品性能有一定 的差別。碳化硅粉體制備技術(shù)日趨完善，固相法原料便宜、質(zhì)量穩(wěn)定、易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)， 液相法可制得純度高的納米級微粉；氣相法所得粉末純度高，顆粒團(tuán)聚少，組分易于控制， 但成本高、產(chǎn)量低，不易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。目前制備高固、低粘漿料和亞微米級的SiC高質(zhì) 量粉體仍是關(guān)鍵問題。碳化硅成型和燒結(jié)雖有有多種方法，但由于碳化硅陶瓷的難燒結(jié)性， 因而它的制作工藝復(fù)雜

28、和生產(chǎn)成本較昂貴。所以目前降低碳化硅陶瓷的燒成溫度和尋找新的 廉價的生產(chǎn)工藝仍是材料工作者的研究重點(diǎn)。與此同時，挖掘和開發(fā)碳化硅陶瓷粉末）的所 有滿足工業(yè)和工程應(yīng)用領(lǐng)域的性能也是我們的重要任務(wù)。我們相信碳化硅陶瓷將有廣闊的發(fā) 展和應(yīng)用前景。反應(yīng)燒結(jié)法具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點(diǎn)，但燒結(jié)過程中會不可避免地在坯體中留有部分殘余 硅，因而使材料的服役溫度下降。液相燒結(jié)可以制備出不含殘余硅的碳化硅陶瓷，但由于碳 化硅的強(qiáng)共價鍵性，必須在坯體中加入氧化鋁等作為燒結(jié)助劑形成液相才能使碳化硅坯體致 密化。熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和火花等離子體燒結(jié)碳化硅性能較高，其密度和強(qiáng)度通常要 高于無壓燒結(jié)，但在燒結(jié)過程也都需要加

29、入B、C等作為添加劑促進(jìn)坯體的燒結(jié)致密化且 生產(chǎn)成本高，不適于制備異型件。高溫物理氣相傳輸法可以制得高純度和高致密度的碳化硅 陶瓷，但其晶粒尺寸較大，從而影響了產(chǎn)品的力學(xué)性能。碳化硅致密陶瓷產(chǎn)品附加值高，市 場前景廣闊，今后研究重點(diǎn)主要是通過改進(jìn)各種制備工藝以降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的致密 度和減小晶粒的尺寸，以及通過第二相增強(qiáng)以提高產(chǎn)品的力學(xué)性能等，從而實現(xiàn)大規(guī)模的工 業(yè)化生產(chǎn)，滿足工業(yè)和工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)材料日益苛刻的性能要求。SiC陶瓷因其具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、耐磨耐腐蝕性能以及抗熱震性而得到越來越廣泛的 應(yīng)用。SiC陶瓷在材料領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。因此，迫切需要在SiC材料方面進(jìn)行進(jìn)

30、 一步的研究，以便在不斷提高其優(yōu)良性能的同時，降低生產(chǎn)成本,簡化生產(chǎn)工藝，推動SiC陶瓷 產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化。碳化硅陶瓷在許多工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用顯示了其優(yōu)良的性能，因而引起了人們的普遍重 視。在無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域中碳化硅陶瓷是一個很大的家族,其觸角幾乎伸遍了所有的工業(yè) 領(lǐng)域。但是由于碳化硅陶瓷的難燒結(jié)性，因而它的制作工藝復(fù)雜和生產(chǎn)成本較昂貴。由此降 低碳化硅陶瓷的燒成溫度和尋找新的廉價的生產(chǎn)工藝仍是材料工作者的研究重點(diǎn)，同時挖掘 和開發(fā)碳化硅陶瓷（粉末）的所有優(yōu)點(diǎn)造福于人類是我們工作的首要任務(wù)。我們相信碳化硅陶 瓷將有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景89。合成法中固相法原料便宜、質(zhì)量穩(wěn)定、易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)是它的主要優(yōu)點(diǎn),目前仍然是 一種占主要地位的生產(chǎn)方法，其中用Acheson法制備的SiC年產(chǎn)量在百萬噸以上30,國內(nèi)每 年的產(chǎn)量近30萬噸;液相法可制得純度高的納米級微粉，粉料的復(fù)合化也容易實現(xiàn)；氣相法 所得粉末純度高，顆粒團(tuán)聚少，組分易于控制，但成本高、產(chǎn)量低,不易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。目前 高固、低粘漿料和亞微米級SiC高質(zhì)量生坯的關(guān)鍵技術(shù)問題如果多孔碳化硅陶瓷由于具有特殊的結(jié)構(gòu)和性能而受到越來越多關(guān)注。這里綜述了多孔碳化 硅陶瓷制備工藝的最新進(jìn)展，包括包混工藝、化學(xué)氣