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碳化硅陶瓷的烧结工艺及特点

时间:2020-01-03 作者:admin 来源:本站

碳化硅陶瓷
碳化硅陶瓷具有硬度高、
耐磨、耐腐蚀、抗氧化、抗热震性好、耐高温、(最高使用温度可到1380℃)使用寿命长等特性,这使得碳化硅陶瓷在各个领域得到了广泛的应用。今天尚美新材小编就带大家一起来了解一下碳化硅陶瓷的烧结工艺及特点:



1、反应烧结:

碳化硅陶瓷的反应烧结法最早在美国研究成功。反应烧结的工艺过程为:先将α-SiC粉和石墨粉按比例混匀,经干压、挤压或注浆等方法制成多孔坯体。在高温下与液态Si接触,坯体中的C与渗入的Si反应,生成β-SiC,并与α-SiC相结合,过量的Si填充于气孔,从而得到无孔致密的反应烧结体。反应烧结碳化硅通常含有8%的游离Si。因此,为保证渗Si的完全,素坯应具有足够的孔隙度。一般通过调整最初混合料中α-SiC和C的含量,α-SiC的粒度级配,C的形状和粒度以及成型压力等手段来获得适当的素坯密度。

2、无压烧结 :

1974年美国GE公司通过在高纯度β-SiC细粉中同时加入少量的B和C,采用无压烧结工艺,于2020℃成功地获得高密度碳化硅陶瓷。目前,该工艺已成为制备SiC陶瓷的主要方法。 最近,有研究者在亚微米SiC粉料中加入Al2O3和Y2O3,在1850℃~2000℃温度下实现SiC的致密烧结。由于烧结温度低而具有明显细化的微观结构,因而,其强度和韧性大大改善。

3、热等静压烧结:

近年来,为进一步提高SiC陶瓷的力学性能,研究人员进行了碳化硅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,采用热等静压烧结工艺,在1900℃便获得高密度SiC烧结体。更进一步,通过该工艺,在2000℃和138MPa压力下,成功实现无添加剂SiC陶瓷的致密烧结。 研究表明:当SiC粉末的粒径小于0.6μm时,即使不引入任何添加剂,通过热等静压烧结,在1950℃即可使其致密化。

4、热压烧结:

50年代中期,美国Norton公司就开始研究B、Ni、Cr、Fe、Al等金属添加物对SiC热压烧结的影响。实验表明:Al和Fe是促进SiC热压致密化的最有效的添加剂。 有研究者以Al2O3为添加剂,通过热压烧结工艺,也实现了SiC的致密化,并认为其机理是液相烧结。此外,还有研究者分别以B4C、B或B与C,Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C与C作添加剂,采用热压烧结,也都获得了致密SiC陶瓷http://bellartesingers.com

       
以上四种烧结的碳化硅陶瓷具有各异的性能特点,无压烧结、热压烧结和反应烧结碳化硅陶瓷对强酸、强碱具有良好的抵抗力,但反应烧结碳化硅陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。就烧结密度和抗弯强度来说,热压烧结和热等静压烧结碳化硅陶瓷相对较高,反应烧结碳化硅相对较低。另一方面,碳化硅陶瓷的力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。就耐高温性能比较来看,当温度低于900℃时,几乎所有碳化硅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碳化硅陶瓷,其耐高温性能主要受添加剂种类的影响。