碳化硅陶瓷工艺流程是什么? 碳化硅(SiC )陶瓷,具有抗氧化性强,耐磨性能好,硬度高,耐热性好,高温强度大,热线胀系数小,热导率大以及抗热震和耐非物理性腐蚀等优良特性。因此,已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手,日益受到大家的重视。例如, SiC 陶瓷可用作各类轴承、滚珠、喷嘴、密封件、切削工具、燃汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射屏和火箭燃烧室内衬等等。 SiC 陶瓷的优异性能与其独特结构紧密关联。 SiC 是共价键很强的化合物, SiC 中Si-C 键的离子性仅12%左右。因此,SiC 强度高、弹性模量大,具有优良的耐磨损性能。纯SiC 不会被 HCl 、HNO3 、H2SO 4 和HF等酸溶液以及 NaOH 等碱溶液侵蚀。在空气中加热时易发生氧化,但氧化时表明产生的 SiO2 会抑制氧的进一步扩散,故氧化速率并不高。在电性能方面, SiC 具有半导体性,少量杂质的引入会表现出良好的导电性。此外, SiC 还有优良的导热性。 SiC 具有α和β两种晶型。β-SiC 的晶体结构为立方晶系, Si和C分别组成面心立方晶格; α- SiC 存在着 4H、15R 和6H等100 余种多型体,其中, 6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在 SiC 的多种型体之间有着一定的耐热性关系。在温度不高于 1600 ℃时, SiC 以β-SiC 形式存在。当高于 1600 ℃时, β-SiC 缓慢转变成α-SiC 的各种多型体。 4H-SiC 在2000 ℃左右容易生成; 15R 和6H多型体均需在 2100 ℃以上的高温才易生成;对于 6H-SiC ,即使温度超过 2200 ℃,也是很稳定的。 SiC 中各种多型体之间的自由能相差很小,因此,微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。现就 SiC 陶瓷的生产的基本工艺简述如下: 一、 SiC 粉末的合成 SiC 在地球上几乎不存在,仅在陨石中有所发现,因此,工业上应用的 SiC 粉末都为人工合成。目前,合成 SiC 粉末的主要方法有: 1、Acheson 法: 这是工业上采用最多的合成方法,即用电将石英砂和焦炭的混合物加热至 2500 ℃左右高温反应制得。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,杂质少的呈绿色,杂质多的呈黑色。 2、化合法: 在一定的温度下,使高纯的硅与碳黑直接发生反应。由此可合成高纯度的β-SiC 粉末。 3、热分解法: 使聚碳硅烷或三******硅等有机硅聚合物在 1200 ~1500 ℃的温度范围内发生分解反应,由此制得亚微米级的β-SiC 粉末。 4、气相反相法: 使SiCl4 和SiH4 等含硅的气体以及 CH4 、C3H8 、C7H8 和(Cl4 等含碳的气体或使 CH3SiCl3 、(CH3 ) 2SiCl2 和Si(CH3 )4等同时含有硅和碳的气体在高温下发生反应,由此制备纳米级的β-SiC 超细粉。二、碳化硅陶瓷的烧结 1、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 SiC 陶瓷。目前,该工艺已成为制备 SiC 陶瓷的主要方法。美国 GE公司研究者认为:晶界能与表面能之比小于 是致密化的热力学条件,当同时添加