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碳化硅陶瓷的4种烧结工艺

导热绝缘材料厂家佳日丰泰2018-09-28 13:51:29

碳化硅陶瓷材料具有高温强度大,高温抗氧化性强,耐磨损性能好,热稳定性,热彭胀系数小,热导率大,硬度高,抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。在汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域有着日益广泛的应用,已经成为一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的结构陶瓷。


无压烧结。

无压烧结被认为是SiC烧结最有前途的烧结方法,根据烧结机理的不同,无压烧结又可分为固相烧结和液相烧结。S.Proehazka通过在超细β-SiC粉体(含氧量小于2%)中同时加入适量B和C的方法,在2020℃下常压烧结成密度高于98%的SiC烧结体。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3为添加剂在1850-1950℃烧结0.5μm的β-SiC(颗粒表面含有少量SiO2),获得的SiC陶瓷相对密度大于理论密度的95%,并且晶粒细小,平均尺寸为1.5μm。 


热压烧结。

Nadeau指出,不添加任何烧结助剂,纯SiC只有在极高的温度下才能烧结致密,于是不少人对SiC实行热压烧结工艺。关于添加烧结助剂对SiC进行热压烧结的报道已有许多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金属添加物对SiC致密化的影响,发现Al和Fe是促进SiC热压烧结最有效的添加剂。F.F.Lange研究了添加不同量Al2O3对热压烧结SiC的性能影响,认为热压烧结致密是靠溶解--再沉淀机理。但是热压烧结工艺只能制备形状简单的SiC部件,而且一次热压烧结过程中所制备的产品数量很小,因此不利于工业化生产。 


热等静压烧结。

为了克服传统烧结工艺存在的缺陷,Duna以B和C为添加剂,采用热等静压烧结工艺,在1900℃便获得了密度大于98%、室温抗弯强度高达600MPa左右的细晶SiC陶瓷。尽管热等静压烧结可获得形状复杂的致密SiC制品,并且制品具有较好的力学性能,但是HIP烧结必须对素坯进行包封,所以很难实现工业化生产。


反应烧结 。

反应烧结S iC又称自结合SiC,是通过多孔坯件同气相或液相发生化学反应,使坯件质量增加,孔隙减小,并烧结成具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺是由α—SiC粉和石墨按一定比例混台成坯体后,并加热到1650 ℃左右,同时熔渗 Si或通过气相Si渗入坯体,使之与石墨起反应生成β—SiC,把原先存在的α—SiC颗粒结合起来。 如果渗Si完全,就可得到完全致密、无尺寸收缩的反应烧结体。同其它烧结工艺比较,反应烧结在致密过程中的尺寸变化小,可以制造尺寸精确的制品,但烧结体中相当数量SiC的存在,使得反应烧结的SiC陶瓷高温性能较差。  

采用无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结的SiC陶瓷具有各异的性能特点。如就烧结密度和抗弯强度来说,热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较多,反应烧结SiC相对较低。另一方面,SiC陶瓷的力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。无压烧结、热压烧结和反应烧结SiC陶瓷对强酸、强碱具有良好的抵抗力,但反应烧结SiC陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比较来看,当温度低于900℃时,几乎所有SiC陶瓷强度均有所提高;当温度超过1400℃时,反应烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。(这是由于烧结体中含有一定量的游离Si,当超过一定温度抗弯强度急剧下降所致)对于无压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷,其耐高温性能主要受添加剂种类的影响。

SiC陶瓷的4种烧结方式各有千秋,但是在科技发展如此迅速的今天,迫切需要提高SiC陶瓷的性能,不断改进制造技术,降低生产成本,实现SiC陶瓷的低温烧结。以达到降低能耗,降低生产成本,推动SiC陶瓷产品产业化的目的。

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