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精细陶瓷SiC的发展动态

北教育学院学报精细陶瓷0的发展动态张燕1前言义陶瓷具有密度小硬度高耐腐蚀耐高温等优良特性,是温腐蚀等恶劣工况条件下优良的候选材料,但由于3有很强的共价健,很难采用常规的烧结途径制备。传统烧结工艺生产的3制品强度低气孔率脆性大,只能在化工冶金等行业的些对材料强度要求不的场合应用。

现代科技的发展对材料科学提出了越来越的要求,而粉体工程成型技术烧结及加工技术的发展,又极大地促进了材料科学的发展。随着新工艺的研制成功,使3的性能有了很大的提,使其从传统应用走向技术性能的应用,从而在化工机械航空医学能源等领域发挥着越来越重要的作用。

2,0精细陶瓷的制备3的晶体结构十分独特,碳原子与硅原子同属元素周期的1人族,外层电子均为4个,3523护以28222.当相互结合时,有个5电子激发到,轨道,这样外层结构有个未成对电子,形成33杂化轨道,此时3原子与周围的4个碳原子形成共价健,处于4个碳原子形成的面体中心,同样,每个碳原子也处于4个硅原子所构成的面体中心,3,某ざ,约为0.189这种近似于金刚石的面体结构单元决定了5扣晶体具有非常高的硬度。

3是典型强共价键结合的化合物,0键的稳定性致使烧结的扩散速率相当低,同时5晶粒面或多或少地覆盖着层氧化膜,此氧化层起扩散势垒作用,使5的烧结非常困难。要制备适合于工程使用的3精细陶瓷,必须加人助烧剂或活化剂,或采用特殊制备方法。目前3精细陶瓷的制备方法为无压烧结法反应烧结法和热压烧结法。下面分别对这几种方法作简要介绍2.1无压烧结法,该方法采用亚微米级的粉末为原料,加人少量80作为助烧剂,干压成型后将致密的坯体放在惰性气氛中烧结,烧成温度为2100 2200.采用无压烧结可以得到单相多晶制品,为了保证烧结的顺利进行,要求原料必须充分磨细以提高其活性,通常要求其比面积大于15允,同时为了防止原料颗粒面氧化膜对烧结的阻碍作用,5粉末需要用册酸或册酸与册的混合酸来处理。

2.2反应烧结法仙3,反应烧结法是以3粉末碳粉和硅作为原料,在烧结过程中,含收稿日期1999 3和碳粉的坯体与液态硅相接触,液态硅渗人坯体内并与碳粉反应,形成次生5忙,而少量残余硅则填补剩余的孔隙,因此,由反应烧结工艺得到的3气孔小,强度较高。

2.3热压烧结法,热压烧结法是无压烧结法的延续和发展,该方法仍以微粉3为原料,80等为助烧剂,将粉末预压成型后,再放人致密的石墨模中,在惰性气氛中,于1900 2000的烧结过程中向坯体施加压力,使3颗粒彼此滑移,颗粒间的接触总面积增大,加速了材料的致密化过程。

从制备工艺上讲,反应烧结法优势是十分明显的,该方法工艺简便,对原材料要求不,烧结温度低,产品成本低廉,易于批量生产,是目前制备3,壕,柑沾傻闹饕,椒ǎ,欠从ι战,制品中含有定的游离硅,使其高温性能和耐腐蚀性能有所下降,在些特定的场合受到限制;无压烧结工艺虽然原料的处理工艺复杂,烧成温度较,但由于不含游离硅,因此在强碱温的条件下得到了较好的应用;而在些特殊的工况条件下,尤其是对材料强度要求较的情况下,热压烧结3,匀皇浅Ъ业氖籽椒ó目前,反应烤结无压烧结和热压烧结种工艺并行发展,其产品都在不同的领域得到了较好的应用,同时,这种工艺本身也在不断更新不5精细陶瓷的性能随着无压烧结反应烧结和热压烧结工艺的问世,3精细陶瓷行业的发展是很快的,现将5精细陶瓷的主要性能综述如下3.1机械性能3密度小硬度高弹性模量,但其脆性较大。随着烧结工艺的不断改进,3的抗弯强度有了很大提,尤其是热压烧结3,由于在烧结工艺中加人了压力,促进了烧结的进行,使其致密度有所提,抗弯强度也有了大幅度提高。

3.2热性能5的热稳定性很好,在个大气压下,5不熔化而发生分解,分解温度始于2050.,0陶瓷具有相当的热导率,而其热膨胀系数只有4.5,6弋,这使,陶瓷具有较好的抗热冲击性。在1200以下,5陶瓷的强度几乎不随温度的升高而降低,这是其它材料所不具备的优良特性,较好的高温强度和优良的抗温蠕变性能,是3冗用作温结构陶瓷3.3化学性能3的化学性质很稳定,大多数无机酸包括硫酸和氢,酸都不能将义0分解,但硝酸和氢,酸的混合物能将3氧化并使生成的5;02溶解,而密度为1.758的磷酸则在215时可与3反应,3忙在碱性条件下也十分稳定,强碱如氢氧化钠氢氧化钾等只能在熔融状态下才能同5反应。采用反应烧结工艺制备的3制品,由于含有少量的游离硅,因此在氢氟酸磷酸以及强碱介质中的应用受到限制。

3.4摩擦性能3由于具有定的自润滑性,摩擦系数小,约为硬质合金的半,在摩擦过程中,5材料面软化点温度,材料硬度大,所以抗粘着磨损和磨粒磨损性好,使用寿命长。