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解析碳化硅陶瓷制作工艺流程
- 2020-02-15-

  一、碳化硅陶瓷的合成:

  SiC几乎不存在于地球上,只存在于陨石中,因此SiC粉末的工业应用是人工合成。目前,合成SiC粉末的主要方法有:

  1、Acheson法:

  这是工业上使用最广泛的合成方法,即石英砂和焦炭的混合物经电加热到2500℃左右。因石英砂和焦炭中通常含有Al和Fe等杂质,在制成的SiC中都固溶有少量杂质。其中绿色杂质少,黑色杂质多。

  2、化合法:

  在一定温度下,高纯硅与炭黑直接反应。可合成高纯度碳化硅粉。

  3、热分解法:

  在1200~1500c多硅或三氯甲基硅为原料,经分解反应制备亚微米SiC粉末。

  4、气相反相法:

  含硅气体如SiCl_4和SiH_4以及Ch_4C_3H_8、C_7H_8和(ClAsCh_3SiCl_3、(Ch_3)2SiCl_2和Si(Ch_3)_4等含碳气体在高温下被重新激活制备纳米超细SiC粉末。

  二、碳化硅陶瓷的烧结

  1、无压烧结

  高密度SiC陶瓷用量的B和C进入高纯SiC细粉中,GEE在2020C成功地获得了高密度SiC陶瓷。目前,该工艺已成为制备SiC陶瓷的主要方法。当b和c同时加入时,b可以溶解到SiC中以降低晶界能,c可以去除SiC颗粒表面的siO2,改善表面能,因此,b和c的加入创造了热力学优势。然而,日本研究人员认为,SiC的密度没有热力学限制。其他学者认为SiC的致密化机理可能是液相烧结,他们发现富b的液相存在于含b和c的SiC烧结体中的晶界。无压烧结机理尚未确定。

  以SiC为原料,加入b和c,可以实现SiC的致密化。

  结果表明,单用B和C作添加剂对SiC陶瓷的紧凑性无明显影响。SiC陶瓷的高密度只有在B和C同时加入时才能实现。为了SiC的致密烧结,SiC粉料的比表面积应在10m2/g以上,且氧含量尽可能低。B的加入量约为0.5%,C的加入量取决于原料的氧含量。

  近年来,在亚微米SiC粉体中添加了Al2O3和Y2O3,以达到1850C2000C时SiC的致密烧结。由于烧结温度低,组织的强度和韧性大大提高。

  2、热压烧结

  20世纪50年代中期,诺顿公司开始研究b、ni、cr、fe等金属添加剂对SIC热压烧结的影响。实验表明,铝和铁是促进SiC致密化的最有效的添加剂。

  研究者以Al2O3为添加剂,采用热压烧结法实现了SiC的致密化。此外,一些研究人员使用B4C、B或B和C、Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、BE、B4C和C作为添加剂。

  结果表明,烧结体的显微组织、力学性能和热学性能随添加剂的种类而变化。例如,当使用化合物B或B作为添加剂时,热压SiC的晶粒较小,但强度较高。热压成型的SiC陶瓷具有较高的导热性能,且以Bu为添加剂。

  3、热等静压烧结:

  近年来,为了进一步提高SiC陶瓷的力学性能,研究人员对SiC陶瓷的热等静压工艺进行了研究。研究、c为添加剂,采用热等静压烧结工艺制备了1900c高密度SiC烧结体。在2000c和138mpa的压力下,成功地实现了无添加剂的SiC陶瓷的致密烧结。

  结果表明,SiC粉体的SiC颗粒尺寸小于0.6m,即使没有添加剂,也可以在1950C时进行硬化。选用比表面积为24m2/g的SiC超细粉末,可以在1850C时采用热等静压烧结法制备出高密度非添加SiC陶瓷。

  断浪还有Al2O3是热度静压烧结SiC陶瓷的有效添加剂C的加入对SiC陶瓷的热均衡烧结致密化没有影响。

  4、反应烧结:

  SiC的反应烧结法最早在美国研究成功。反应烧结过程如下:首先,-SiC粉体和石墨粉体按比例混合,多孔体采用干压、挤压或灌浆制成。在高温接触液态Si、C与浸渗Si反应形成SiSi反应形成SiC,并与-SiC相结合,在孔隙中填充过多的Si,从而得到非孔隙、致密的反应烧结体。反应烧结SiC通常含有8%自由硅。因此,为了保证完全的硅渗透,铸坯应该有足够的孔隙度。通过调整初始混合物中-SiC和CSiC和C的含量、-SiC的粒度分布、C的形状和晶粒尺寸以及成形压力,得到了适当的密度。

  实验表明,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。例如,就烧结密度和弯曲强度而言,热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷比较多,反应烧结SiC比较低。在另一方面,sic陶瓷的力学性能不同于烧结添加剂。无压烧结、热压烧结、反应烧结SiC陶瓷耐强酸碱性好,反应烧结SiC陶瓷耐HF等超强酸性较差。与高温电阻相比,当温度在900℃以下时,几乎所有的SiC陶瓷的强度都有所增加,而当温度在1400℃以上时,SiC陶瓷的弯曲强度下降。SiC陶瓷无压烧结和热等静压烧结的高温性能主要受添加剂种类的影响。

  总而言之,由于不同的烧结方法,SiC陶瓷的性同。一般来说,无压烧结SiC陶瓷的综合性能优于活性烧结SiC陶瓷,但低于热压烧结和热等静压烧结。