碳化硅的燒結生產方法
日期:2015-05-27 12:14 關注: 次
碳化硅陶瓷的制備碳化硅是典型的共價健結合化合物.加上它的擴散系數很低，采用常規的燒結方法很難使其燒結及致密，必須通過添加助燒劑或采用特殊的工藝來獲得致密的碳化硅陶瓷。主要的碳化硅燒結方法有以下幾種
1.反應燒結法反應燒結制備碳化硅陶瓷的方法也稱自結合法或滲硅法，其工藝較簡單。將碳化硅粉、碳粉和粘結劑混合后成型(可采用模壓、擠壓、澆鑄、注漿及等靜壓方法成型)，然后在真空或氣體保護氣氛中加熱到1450一1650℃進行滲硅。硅以液相或氣相滲入到坯體中，與碳反應生成sic而將原來坯體中的SiC粒子結合起來，實現SiC的燒結。這種燒結沒有尺寸變化.致密性高（氣孔率＜1%），燒結溫度較低，但燒結體中含有8%～15%（質量分數）的游離硅，限制了其使用溫度（通常＜1350℃）及使用環境。
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2.無壓燒結法
無壓燒結法也稱常壓燒結法，在助燒劑的作用下進行，根據助燒劑的不同可分為固相燒結和液相燒結。固相燒結是在亞微米β-SiC中添加少量的C和B或Al、B、Al固溶在SiC中降低SiC的界面能，而C清除SiC表面的SiO2，促進B,、Al的擴散及增加表面能。生坯成型后在中性或惰性氣氛中于2000～2200℃高溫下燒結，燒結體的密度可達95%的理論密度。
液相燒結是在碳化硅粉料中添加A12O3和Y2O3 .成型后在1800一2000℃惰性氣氛下燒結。在燒結過程中A12O3和Y2O3，形成低共熔化合物YAG(釔鋁石榴石Y3Al5O15，熔點1760℃)，液相的出現促進了SiC的燒結并降低了燒結溫度。
3.熱壓燒結法
熱壓燒結是將含有助燒劑的碳化硅粉料壓制成型后放入石墨模具中，在一定的壓力下燒結，通常的燒結溫度為1800～22009C，壓力為20～50MPa,燒結助劑與無壓燒結類似，有B+C、 B4C、Al, A12O3、Al2O3+Y2O3、AlN, B2O3等。在溫度和壓力共同作用下，使碳化硅更容易燒結，致密性更高，力學性能也較高。但該法的生產率低，生產成本高，只能適應形狀簡單的制品，故僅在某些特殊領域內應用。
4.熱等靜壓法
熱等靜壓燒結法是共價鍵化合物合理的燒結方法。采用熱壓用的粉料或素坯，經封裝后放人熱等靜壓機中，在1850℃和200MPa的壓力下進行燒結，從而達到致密性和強度都很高的碳化硅燒結體。所采用的壓力介質為氬氣或氮氣。其特點是坯體四周均勻加壓，制品的均勻性好.可以制備形狀復雜的制品，并縮短工藝周期。
5.重結晶法
該法也叫后燒結法。將反應燒結和無壓燒結的碳化硅在高溫下(＞2000溫度)進行二次重燒結，降低碳化硅中的游離硅，并使碳化硅發生重結晶過程，從而提高碳化硅的性能和使用溫度。
6.聚合物分解法
將聚碳硅烷與碳化硅粉料混合，成型后在800～1100℃氮氣中燒結，聚碳硅烷熱解形成β-SiC，將碳化硅粒子粘結。該方法生產的碳化硅性能較低，密度為2.34g/cm3,擾彎強度為61.7MPa。其優點是燒結溫度低，可制造各種形狀復雜的零件，特別是原子能工業要求高純度、中子吸收截面小的高溫結構部件。
7.第二相結合法
碳化硅陶瓷除了上述介紹的制備方法外，為了降低燒結溫度和制造成本.很據不同的使用條件，采用低熔點的第二相，把主晶相sic粒子結合起來形成各種復合材料，如氧化物結合碳化硅、氮化硅結合碳化硅、賽隆(Sialon)結合碳化硅。氧氮化硅結合碳化硅等。這種方法在冶金、電子、機械、輕工、石油、化工等領域得到了應用。
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