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碳化硅陶瓷工艺流程
作者: 点击数: 工夫:2011-02-26 00:00

SiC陶瓷的生产工艺简述以下:

一、SiC粉末的分解:

SiC正在地球上险些不存在,仅正在陨石中有所发明,因而,产业上运用的SiC粉末皆为人工合成。现在,分解SiC粉末的重要要领有:

1、Acheson法:

那是产业上接纳最多的分解要领,即用电将石英砂和焦炭的混合物加热至2500℃阁下高温反应制得。果石英砂和焦炭中一般含有Al和Fe等杂质,正在制成的SiC中都固溶有少许杂质。个中,杂质少的呈绿色,杂质多的呈玄色。

2、化合法:

正在肯定的温度下,使高纯的硅取碳黑间接发作回响反映。由此可分解下纯度的β-SiC粉末。

3、热分解法:

使聚碳硅烷或三氯甲基硅等有机硅聚合物正在1200~1500℃的温度范围内发作剖析回响反映,由此造得亚微米级的β-SiC粉末。

4、气相反相法:

使SiCl4和SiH4等露硅的气体和CH4、C3H8、C7H8和(Cl4等露碳的气体或使CH3SiCl3、(CH3)2 SiCl2和Si(CH3)4等同时含有硅和碳的气体正在高温下发作回响反映,由此制备纳米级的β-SiC超细粉。

二、碳化硅陶瓷的烧结

1、无压烧结

1974年美国GE公司经由过程正在下纯度β-SiC细粉中同时到场少许的B和C,接纳无压烧结工艺,于2020℃胜利天得到高密度SiC陶瓷。现在,该工艺已成为制备SiC陶瓷的重要要领。美国GE公司研究者以为:晶界能取外面能之比小于1.732是致密化的热力学前提,当同时增加B和C后,B固溶到SiC中,使晶界能低落,C把SiC粒子外面的SiO2复原撤除,进步外面能,因而B和C的增加为SiC的致密化发明了热力学方面的有利条件。但是,日本研究人员却以为SiC的致密其实不存在热力学方面的限定。另有学者以为,SiC的致密化机理能够是液相烧结,他们发明:正在同时增加B和C的β-SiC烧结体中,有富B的液相存在于晶界处。关于无压烧结机理,现在还没有定论。

以α-SiC为质料,同时增加B和C,也一样可实现SiC的致密烧结。

研讨注解:零丁运用B和C做添加剂,无助于SiC陶瓷充裕致密。只要同时增加B和C时,才气实现SiC陶瓷的高密度化。为了SiC的致密烧结,SiC粉料的比表面积应正在10m2/g以上,且氧含量尽量低。B的增加量正在0.5%阁下,C的增加量取决于SiC质料中氧含量上下,一般C的增加量取SiC粉料中的氧含量成反比。

近来,有研究者正在亚微米SiC粉料中到场Al2O3和Y2O3,正在1850℃~2000℃温度下实现SiC的致密烧结。因为烧结温度低而具有显着细化的微观构造,因此,其强度和韧性大大改进。

2、热压烧结

50年月中期,美国Norton公司便最先研讨B、Ni、Cr、Fe、Al等金属添加物对SiC热压烧结的影响。实行注解:Al和Fe是增进SiC热压致密化的最有用的添加剂。

有研究者以Al2O3为添加剂,经由过程热压烧结工艺,也实现了SiC的致密化,并以为其机理是液相烧结。另外,另有研究者离别以B4C、B或B取C,Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C取C做添加剂,接纳热压烧结,也皆得到了致密SiC陶瓷。

研讨注解:烧结体的显微结构和力学、热学等机能会果添加剂的品种差别而同。如:当接纳B或B的化合物为添加剂,热压SiC的晶粒尺寸较小,但强度下。当选用Be做添加剂,热压SiC陶瓷具有较下的导热系数。

3、热等静压烧结:

近年来,为进一步进步SiC陶瓷的力学性能,研究人员停止了SiC陶瓷的热等静压工艺的研究工作。研究人员以B和C为添加剂,接纳热等静压烧结工艺,正在1900℃便得到高密度SiC烧结体。更进一步,经由过程该工艺,正在2000℃和138MPa压力下,胜利实现无添加剂SiC陶瓷的致密烧结。

研讨注解:当SiC粉末的粒径小于0.6μm时,纵然不引入任何添加剂,经由过程热等静压烧结,正在1950℃便可使其致密化。如选用比表面积为24m2/g的SiC超细粉,接纳热等静压烧结工艺,正在1850℃便可获得下致密度的无添加剂SiC陶瓷。

别的,Al2O3是热等静压烧结SiC陶瓷的有用添加剂。而C的增加对SiC陶瓷的热等静压烧结致密化不起作用,过量的C以至会抑止SiC陶瓷的烧结。

4、回响反映烧结:

SiC的回响反映烧结法最早在美国研讨胜利。回响反映烧结的工艺历程为:先将α-SiC粉和石墨粉按比例混匀,经干压、挤压或注浆等要领制成多孔坯体。正在高温下取液态Si打仗,坯体中的C取渗透的Si回响反映,天生β-SiC,并取α-SiC相结合,过量的Si添补于气孔,从而获得无孔致密的回响反映烧结体。回响反映烧结SiC一般含有8%的游离Si。因而,为包管渗Si的完整,素坯应具有充足的孔隙度。一样平常经由过程调解最后混淆料中α-SiC和C的含量,α-SiC的粒度级配,C的外形和粒度和成型压力等手腕去得到恰当的素坯密度。

实行注解,接纳无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和回响反映烧结的SiC陶瓷具有各别的机能特性。如便烧结密度和抗弯强度来讲,热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较多,回响反映烧结SiC相对较低。另一方面,SiC陶瓷的力学性能借随烧结添加剂的差别而差别。无压烧结、热压烧结和回响反映烧结SiC陶瓷对强酸、强碱具有优越的抵抗力,但回响反映烧结SiC陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。便耐高温机能对照来看,当温度低于900℃时,险些一切SiC陶瓷强度均有所进步;当温度凌驾1400℃时,回响反映烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下落。(那是因为烧结体中含有一定量的游离Si,当凌驾肯定温度抗弯强度急剧下落而至)关于无压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷,其耐高温机能重要受添加剂品种的影响。

总之,SiC陶瓷的机能果烧结要领差别而差别。一般说来,无压烧结SiC陶瓷的综合机能优于回响反映烧结的SiC陶瓷,但次于热压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷。

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