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碳化硅陶瓷件生产工艺和应用

作者:创通石英 来源: 日期:2024/6/2 14:15:43 人气:1 标签:

碳化硅是一种人造材料,只是在人工合成碳化硅之后,才证实陨石中及地壳上偶然存在碳化硅。碳化硅的分子式为 SiC,分子量为 40.07,质量百分组成为 70.04的硅与 29.95 的碳,碳化硅的理论密度为 3.16-3.2g/cm3。


碳化硅陶瓷与其他耐高温结构陶瓷的物理性能比较


SiC 是以共价键为主的共价化合物,由于碳和硅两元素在形成 SiC 晶体时,它的基本单元是四面体,所有 SiC 均由 SiC 四面体堆积而成,所不同的只是平行结合和反平行结合,从而形成具有金刚石结构的 SiC。SiC 共有 75 种变体,如 3C-SiC、 4HSiC、 15R-SiC 等,其中α -SiC、β -SiC 最为常见。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 的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系,在温度低于 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℃,也是非常稳定的。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。


在工业生产中,用于合成 SiC 的石英砂和焦炭通常含有 Al 和 Fe 等金属杂质。其中杂质含量少的呈绿色,被称为绿色碳化硅;杂质含量多的呈黑色,被称为黑色碳化硅。一般碳化硅含量愈高、颜色愈浅,高纯碳化硅应为无色。


目前,碳化硅陶瓷的研究热点是纳米级复合材料合成和高温自蔓燃(SHS 法)纳米复相陶瓷。在粉末的制备技术方面,溶胶-凝胶法( Sol- Gel 法)、化学气相法(CVD 法)和高温自蔓燃(SHS 法)合成三足鼎立;从低成本和实用化来看,无机溶胶-凝胶法(Sol- Gel 法)和高温自蔓燃(SHS 法)合成较为优势;在成形技术方面,胶态分散成形、注浆成形和等静压成形引人注目;在烧结技术方面,除刀具外,一般更倾向于常压烧结或气氛烧结。


SiC 是强共价键结合的化合物, 烧结时的扩散速率相当低,即使在 2100 ℃的高温下, C 和Si 的自扩散系数也仅为 1.5× 10-10cm2/s 和 2.5× 10-13cm2/s。所以,很难烧结 SiC,必须借助添加剂形成特殊的工艺手段促进烧结。目前制备高温 SiC 陶瓷的方法主要有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结等。常压烧结被认为是 SiC 烧结最有前途的烧结方法,通过常压烧结工艺可以制备出大尺寸和复杂形状的 SiC 陶瓷制品。


由于其优异的奈高温,耐腐蚀性能,碳化硅陶瓷件已经广泛应用于高温轴承、防弹板、喷嘴、高温耐蚀部件以及高温和高频范围的电子设备零部件等领域。


来源:晶格半导体


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