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碳化硅陶瓷的四種燒結(jié)工藝介紹
添加時(shí)間：2020-06-06
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，熱彭脹系數(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。本文將對(duì)碳化硅陶瓷的四種燒結(jié)工藝介紹。
第一種：無壓燒結(jié)。被認(rèn)為是SiC燒結(jié)最有前途的燒結(jié)方法，根據(jù)燒結(jié)機(jī)理的不同，無壓燒結(jié)又可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。S.Proehazka通過在超細(xì)β-SiC粉體（含氧量小于2%）中同時(shí)加入適量B和C的方法，在2020℃下常壓燒結(jié)成密度高于98%的SiC燒結(jié)體。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3為添加劑在1850-1950℃燒結(jié)0.5μm的β-SiC(顆粒表面含有少量SiO2)，獲得的SiC陶瓷相對(duì)密度大于理論密度的95%，并且晶粒細(xì)小，平均尺寸為1.5μm。
第二種：熱壓燒結(jié)。不添加任何燒結(jié)助劑，純SiC只有在極高的溫度下才能燒結(jié)致密，于是不少人對(duì)SiC實(shí)行熱壓燒結(jié)工藝。關(guān)于添加燒結(jié)助劑對(duì)SiC進(jìn)行熱壓燒結(jié)的報(bào)道已有許多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金屬添加物對(duì)SiC致密化的影響，發(fā)現(xiàn)Al和Fe是促進(jìn)SiC熱壓燒結(jié)最有效的添加劑。F.F.Lange研究了添加不同量Al2O3對(duì)熱壓燒結(jié)SiC的性能影響，認(rèn)為熱壓燒結(jié)致密是靠溶解--再沉淀機(jī)理。但是熱壓燒結(jié)工藝只能制備形狀簡單的SiC部件，而且一次熱壓燒結(jié)過程中所制備的產(chǎn)品數(shù)量很小，因此不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
第三種：熱等靜壓燒結(jié)。為了克服傳統(tǒng)燒結(jié)工藝存在的缺陷，Duna以B和C為添加劑，采用熱等靜壓燒結(jié)工藝，在1900℃便獲得了密度大于98%、室溫抗彎強(qiáng)度高達(dá)600MPa左右的細(xì)晶SiC陶瓷。盡管熱等靜壓燒結(jié)可獲得形狀復(fù)雜的致密SiC制品，并且制品具有較好的力學(xué)性能，但是HIP燒結(jié)必須對(duì)素坯進(jìn)行包封，所以很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
第四種：反應(yīng)燒結(jié)。反應(yīng)燒結(jié)S iC又稱自結(jié)合SiC，是通過多孔坯件同氣相或液相發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使坯件質(zhì)量增加,孔隙減小,并燒結(jié)成具有一定強(qiáng)度和尺寸精度的成品的工藝。是由α—SiC粉和石墨按一定比例混臺(tái)成坯體后，并加熱到1650 ℃左右，同時(shí)熔滲 Si或通過氣相Si滲入坯體，使之與石墨起反應(yīng)生成β—SiC，把原先存在的α—SiC顆粒結(jié)合起來。 如果滲Si完全，就可得到完全致密、無尺寸收縮的反應(yīng)燒結(jié)體。同其它燒結(jié)工藝比較,反應(yīng)燒結(jié)在致密過程中的尺寸變化小,可以制造尺寸精確的制品，但燒結(jié)體中相當(dāng)數(shù)量SiC的存在，使得反應(yīng)燒結(jié)的SiC陶瓷高溫性能較差。
碳化硅陶瓷的4種燒結(jié)方式各有千秋，但是在科技發(fā)展如此迅速的今天，迫切需要提高SiC陶瓷的性能，不斷改進(jìn)制造技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)SiC陶瓷的低溫?zé)Y(jié)。以達(dá)到降低能耗，降低生產(chǎn)成本，推動(dòng)SiC陶瓷產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的目的。以上就是對(duì)碳化硅陶瓷的四種燒結(jié)工藝介紹。
第一種：無壓燒結(jié)。被認(rèn)為是SiC燒結(jié)最有前途的燒結(jié)方法，根據(jù)燒結(jié)機(jī)理的不同，無壓燒結(jié)又可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。S.Proehazka通過在超細(xì)β-SiC粉體（含氧量小于2%）中同時(shí)加入適量B和C的方法，在2020℃下常壓燒結(jié)成密度高于98%的SiC燒結(jié)體。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3為添加劑在1850-1950℃燒結(jié)0.5μm的β-SiC(顆粒表面含有少量SiO2)，獲得的SiC陶瓷相對(duì)密度大于理論密度的95%，并且晶粒細(xì)小，平均尺寸為1.5μm。
第二種：熱壓燒結(jié)。不添加任何燒結(jié)助劑，純SiC只有在極高的溫度下才能燒結(jié)致密，于是不少人對(duì)SiC實(shí)行熱壓燒結(jié)工藝。關(guān)于添加燒結(jié)助劑對(duì)SiC進(jìn)行熱壓燒結(jié)的報(bào)道已有許多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金屬添加物對(duì)SiC致密化的影響，發(fā)現(xiàn)Al和Fe是促進(jìn)SiC熱壓燒結(jié)最有效的添加劑。F.F.Lange研究了添加不同量Al2O3對(duì)熱壓燒結(jié)SiC的性能影響，認(rèn)為熱壓燒結(jié)致密是靠溶解--再沉淀機(jī)理。但是熱壓燒結(jié)工藝只能制備形狀簡單的SiC部件，而且一次熱壓燒結(jié)過程中所制備的產(chǎn)品數(shù)量很小，因此不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
第三種：熱等靜壓燒結(jié)。為了克服傳統(tǒng)燒結(jié)工藝存在的缺陷，Duna以B和C為添加劑，采用熱等靜壓燒結(jié)工藝，在1900℃便獲得了密度大于98%、室溫抗彎強(qiáng)度高達(dá)600MPa左右的細(xì)晶SiC陶瓷。盡管熱等靜壓燒結(jié)可獲得形狀復(fù)雜的致密SiC制品，并且制品具有較好的力學(xué)性能，但是HIP燒結(jié)必須對(duì)素坯進(jìn)行包封，所以很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
第四種：反應(yīng)燒結(jié)。反應(yīng)燒結(jié)S iC又稱自結(jié)合SiC，是通過多孔坯件同氣相或液相發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使坯件質(zhì)量增加,孔隙減小,并燒結(jié)成具有一定強(qiáng)度和尺寸精度的成品的工藝。是由α—SiC粉和石墨按一定比例混臺(tái)成坯體后，并加熱到1650 ℃左右，同時(shí)熔滲 Si或通過氣相Si滲入坯體，使之與石墨起反應(yīng)生成β—SiC，把原先存在的α—SiC顆粒結(jié)合起來。 如果滲Si完全，就可得到完全致密、無尺寸收縮的反應(yīng)燒結(jié)體。同其它燒結(jié)工藝比較,反應(yīng)燒結(jié)在致密過程中的尺寸變化小,可以制造尺寸精確的制品，但燒結(jié)體中相當(dāng)數(shù)量SiC的存在，使得反應(yīng)燒結(jié)的SiC陶瓷高溫性能較差。
碳化硅陶瓷的4種燒結(jié)方式各有千秋，但是在科技發(fā)展如此迅速的今天，迫切需要提高SiC陶瓷的性能，不斷改進(jìn)制造技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)SiC陶瓷的低溫?zé)Y(jié)。以達(dá)到降低能耗，降低生產(chǎn)成本，推動(dòng)SiC陶瓷產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的目的。以上就是對(duì)碳化硅陶瓷的四種燒結(jié)工藝介紹。
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