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碳化硅陶瓷的三種制備方法及應(yīng)用！
添加時間：2021-01-02
碳化硅陶瓷具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能、強(qiáng)抗氧化性、良好的耐磨性、良好的熱穩(wěn)定性和高熱導(dǎo)率，廣泛應(yīng)用于石油、化工、汽車、礦業(yè)等領(lǐng)域。關(guān)于碳化硅陶瓷的制備方法，邊肖總結(jié)了超細(xì)碳化硅粉末和碳化硅陶瓷的制備方法！
1.超細(xì)碳化硅粉末的制備方法；
近年來，高科技領(lǐng)域發(fā)展起來的超細(xì)碳化硅粉末的制備方法主要分為三種：固相法、液相法和氣相法。
固態(tài)法主要包括以下幾種：碳熱還原法、硅和碳的直接反應(yīng)法(包括高溫自蔓延合成法和機(jī)械合金化法)。
液相法主要包括溶膠-凝膠法、聚合物熱分解法和溶劑熱法。
氣相法主要包括以下幾種：化學(xué)氣相沉積法、等離子體法和激光誘導(dǎo)氣相法。
2.碳化硅陶瓷的制備方法；
碳化硅是一種典型的穩(wěn)定的共價鍵化合物，由于其擴(kuò)散系數(shù)低，很難通過常規(guī)燒結(jié)方法實現(xiàn)致密化。燒結(jié)必須通過添加一些燒結(jié)助劑來降低表面能或增加外部壓力來實現(xiàn)。
a、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷，以-SiC和C為原料，加入適量粘結(jié)劑成型干燥，然后放入含Si的埋料中。當(dāng)坯體在爐中加熱到1400以上時，坯體周圍的Si熔化，或以液態(tài)或氣態(tài)滲入坯體的毛細(xì)管，與坯體中的C反應(yīng)形成SiC。生成的碳化硅逐漸填充坯體中的孔隙，并與原始-碳化硅連接，最終實現(xiàn)產(chǎn)品的致密化，獲得強(qiáng)度。
b、熱壓燒結(jié)碳化硅陶瓷，即在燒結(jié)過程中施加一定的壓力，增加原子擴(kuò)散速率和燒結(jié)驅(qū)動力，從而加快燒結(jié)過程。但在高壓條件下，燒結(jié)體中會出現(xiàn)垂直于壓力方向生長的晶粒。為了避免這種現(xiàn)象，可以采用熱等靜壓燒結(jié)。
碳化硅陶瓷的無壓燒結(jié)，無壓燒結(jié)被認(rèn)為是碳化硅燒結(jié)最有前途的燒結(jié)方法，無壓燒結(jié)工藝可以制備形狀復(fù)雜、尺寸大的碳化硅零件。根據(jù)燒結(jié)機(jī)理的不同，無壓燒結(jié)可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。
碳化硅陶瓷的應(yīng)用：
1.碳化硅陶瓷球，精密球是圓度儀、陀螺儀、軸承和精密測量中的重要部件，經(jīng)常作為精密測量的基準(zhǔn)，在精密設(shè)備和精密加工中起著非常重要的作用。目前，精密球主要由金屬制成，但也存在耐磨性差、溫度引起的變形大等問題。陶瓷球因其重量輕、硬度高、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小而被廣泛應(yīng)用于精密軸承等零件。2.碳化硅磨具，硬度高，可制成各種砂輪、砂紙、磨料，主要用于機(jī)械加工行業(yè)。碳化硅的莫氏硬度為9.2 ~ 9.6，僅次于金剛石和碳化硼。
3.碳化硅基復(fù)合材料，由于陶瓷材料固有的脆性，限制了其在航空航天等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用，因此我們非常重視碳化硅材料的增韌研究；碳化硅編織物增韌不僅可以提高陶瓷材料的韌性，還可以不同程度地提高材料的強(qiáng)度和模量。碳化硅基復(fù)合材料因其高韌性、高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氧化性而被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)。
以上介紹了碳化硅陶瓷的三種制備方法及其應(yīng)用。需要注意的是，純碳化硅是無色的，但是工業(yè)碳化硅由于游離碳、鐵、硅等一些雜質(zhì)的存在，往往會有黃色、黑色、深綠色、淺綠色等不同的顏色。
1.超細(xì)碳化硅粉末的制備方法；
近年來，高科技領(lǐng)域發(fā)展起來的超細(xì)碳化硅粉末的制備方法主要分為三種：固相法、液相法和氣相法。
固態(tài)法主要包括以下幾種：碳熱還原法、硅和碳的直接反應(yīng)法(包括高溫自蔓延合成法和機(jī)械合金化法)。
液相法主要包括溶膠-凝膠法、聚合物熱分解法和溶劑熱法。
氣相法主要包括以下幾種：化學(xué)氣相沉積法、等離子體法和激光誘導(dǎo)氣相法。
2.碳化硅陶瓷的制備方法；
碳化硅是一種典型的穩(wěn)定的共價鍵化合物，由于其擴(kuò)散系數(shù)低，很難通過常規(guī)燒結(jié)方法實現(xiàn)致密化。燒結(jié)必須通過添加一些燒結(jié)助劑來降低表面能或增加外部壓力來實現(xiàn)。
a、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷，以-SiC和C為原料，加入適量粘結(jié)劑成型干燥，然后放入含Si的埋料中。當(dāng)坯體在爐中加熱到1400以上時，坯體周圍的Si熔化，或以液態(tài)或氣態(tài)滲入坯體的毛細(xì)管，與坯體中的C反應(yīng)形成SiC。生成的碳化硅逐漸填充坯體中的孔隙，并與原始-碳化硅連接，最終實現(xiàn)產(chǎn)品的致密化，獲得強(qiáng)度。
b、熱壓燒結(jié)碳化硅陶瓷，即在燒結(jié)過程中施加一定的壓力，增加原子擴(kuò)散速率和燒結(jié)驅(qū)動力，從而加快燒結(jié)過程。但在高壓條件下，燒結(jié)體中會出現(xiàn)垂直于壓力方向生長的晶粒。為了避免這種現(xiàn)象，可以采用熱等靜壓燒結(jié)。
碳化硅陶瓷的無壓燒結(jié)，無壓燒結(jié)被認(rèn)為是碳化硅燒結(jié)最有前途的燒結(jié)方法，無壓燒結(jié)工藝可以制備形狀復(fù)雜、尺寸大的碳化硅零件。根據(jù)燒結(jié)機(jī)理的不同，無壓燒結(jié)可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。
碳化硅陶瓷的應(yīng)用：
1.碳化硅陶瓷球，精密球是圓度儀、陀螺儀、軸承和精密測量中的重要部件，經(jīng)常作為精密測量的基準(zhǔn)，在精密設(shè)備和精密加工中起著非常重要的作用。目前，精密球主要由金屬制成，但也存在耐磨性差、溫度引起的變形大等問題。陶瓷球因其重量輕、硬度高、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小而被廣泛應(yīng)用于精密軸承等零件。2.碳化硅磨具，硬度高，可制成各種砂輪、砂紙、磨料，主要用于機(jī)械加工行業(yè)。碳化硅的莫氏硬度為9.2 ~ 9.6，僅次于金剛石和碳化硼。
3.碳化硅基復(fù)合材料，由于陶瓷材料固有的脆性，限制了其在航空航天等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用，因此我們非常重視碳化硅材料的增韌研究；碳化硅編織物增韌不僅可以提高陶瓷材料的韌性，還可以不同程度地提高材料的強(qiáng)度和模量。碳化硅基復(fù)合材料因其高韌性、高強(qiáng)度和優(yōu)異的抗氧化性而被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高溫?zé)峤Y(jié)構(gòu)。
以上介紹了碳化硅陶瓷的三種制備方法及其應(yīng)用。需要注意的是，純碳化硅是無色的，但是工業(yè)碳化硅由于游離碳、鐵、硅等一些雜質(zhì)的存在，往往會有黃色、黑色、深綠色、淺綠色等不同的顏色。
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