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碳化硅多孔陶瓷制备与应用

碳化硅多孔陶瓷制备与应用
碳化硅多孔陶瓷制备与应用

碳化硅的应用

碳化硅 碳化硅,又称为金钢砂或耐火砂,英文名Silicon Carbide,分子式SiC。 纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同,而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色,透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体,已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。绿色至蓝黑色。介电常数7。硬度9Mobs。A-是半导体。迁移率(300 K), cm2 / (VS),400电子和50空穴,谱带间隙eV,303(0 K)和2.996(300 K);有效质量0.60电子和1.00空穴,电导性,耐高温氧化性能。相对密度3.16。熔点2830℃。导热系数(500℃)22. 5 , (1000℃)23.7 W / (m2K)。热膨胀系数:线性至100℃:5.2×10-6/ ℃,不溶于水、醇;溶于熔融碱金属氢氧化物。 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体,比重为3.20~3.25,显微硬度为2840~3320kg/mm2。碳化硅为晶体,硬度高,切削能力较强,化学性能力稳定,导热性能好。 黑碳化硅是以石英砂,石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉。常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体,一种是绿碳化硅,含SiC 97%以上,主要用于磨硬质含金工具。另一种是黑碳化硅,有金属光泽,含SiC 95%以上,强度比绿碳化硅大,但硬度较低,主要用于磨铸铁和非金属材料。 碳化硅的用途是十分广泛的,目前主要是用作磨料和耐火材料,这两项用途占了碳化硅产量中的大部分。通常磨料用的颗粒粒级很窄,反之耐火材料不同。下面分几个方面介绍碳化处的主要用途。 一、磨料 由于碳化硅具有很高的硬度、化学稳定性和一定的韧性,所以是一种用途很广的磨料,可用以制造砂轮、油石、涂附磨具或自由研磨。它主要是用于研磨玻璃、陶瓷、石材等非金属材料、铸铁及某些非铁金属,它与这些材料之间的反应性很弱。由于它是普通废料中硬度最高的材料,所以包常用以加工硬质合金、钛合金、高速钢刀具等难磨材料及修正砂轮用。碳化硅硬度仅次于金刚石,具有较强的耐磨性能,是耐磨管道、叶轮、泵室、旋流器,矿斗内衬的理想材料,其耐磨性能是铸铁、橡胶使用寿命的5~20倍,也是航空飞行跑道的理想材料之一。 其中黑色碳化硅和绿色碳化硅的应用也有所差别。黑碳化硅制成的磨具,多用于切割和研磨抗张强度低的材队如玻璃、陶瓷、石料和耐火物氯同时也用于铸铁零件和有色金属材料的磨削。绿碳化硅制成的磨具,多用于硬质合金、钦合金、光学玻璃的磨削,同时也用于缸缸和高速钢刀具的精磨。 由于其优良的耐磨性,碳化硅在冶金选矿行业中也有应用。参见《碳化硅在选矿工艺中的应用》。 二、耐火材料和耐腐蚀材料 这一用途是由于它的高熔点(分解温度)、化学惰性和抗热震性。日前生产碳化硅耐火材料的主要方法包括压制和烧结碳化硅、压制和再结晶碳化硅、浇注和再结晶碳化硅、碳化硅

浅谈多孔陶瓷

浅谈多孔陶瓷 08 化本黄振蕾080900029 摘要:随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现,多孔陶瓷的应用领域与应用范围也在不断扩大,目前其应用已遍及环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域,引起了全球材料学 关键词:多孔陶瓷制备应用发展 0. 引言 多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通, 并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多, 可以分为三类: 粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷[ 1]。多孔陶瓷由于均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小, 还具有发达的 比表面, 陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性, 使多孔材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物殖入材料, 特种墙体材料 和传感器材料等方面得到广泛的应用[ 2]。因此, 多孔陶瓷材料及其制备技术受到广泛关注。 1 多孔陶瓷材料的制备方法 1. 1 挤压成型法 挤压是一种塑性变形工艺, 可分为热挤压和冷挤压。一般是在压力机上完成, 使工件产生塑性变形, 达到所需形状的一种工艺方法。其过程是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成形, 经过烧结后就可以得到典型的多孔陶瓷。目前, 我国已研制出并生产使用蜂窝陶瓷挤出成型模具达到了400孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm 的规格。 美国与日本已研制出了600孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm、900孔/ 2.54 cm X 2. 54 cm 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。我国亦开始了600 孔/ 2. 54 cm X2. 54 cm 挤出成型模具的研究, 并取得了初步成功[ 3]。例如, 现在用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷, 它是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型, 经过烧结后得到典型 的多孔陶瓷。其工艺流程为:原料合成+水+有机添加剂T混合练混T挤出成型T干燥T 烧成T制品。这种工艺的优点在于,可根据实际需要对孔形状和大小进行精确设计;缺点 是不能成型复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料, 同时对挤出物料的塑性有较高要求[ 4]。 1. 2 颗粒堆积成孔工艺法颗粒堆积工艺是在骨料中加入相同组分的微细颗粒,利用微细颗粒易于烧结的特点,在高温下液化,从而使骨料连接起来。骨料粒径越大,形成的多孔陶瓷平均孔径就越大,并呈线性关系。骨料颗粒尺寸越均匀,产生的气孔分布也越均匀,孔径分布也越小。另外,添加剂的含量和种类,以及烧成温度对微孔体的分布和孔径大小也有直接关系。如 Yang 等[ 5] 用Yb2O3作为助剂制备了多孔氮化硅陶瓷,通过加入Yb2O3后,使氮化硅微孔陶瓷孔的分布更加均匀,经烧结后使孔隙率达到很好的要求。另外,孔隙率可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制,制品的孔隙率一般为20%~ 30% 。若在原料中加入碳粉、木屑、淀粉、塑料等成孔剂,高温下使其挥发可将整体孔隙率提高至75% 左右[ 6]。主要优点在于工艺简单,制备强度高;不足之处在于气孔率低。

碳化硅复合陶瓷的研究现状及其应用

碳化硅复合陶瓷的研究现状及其应用 曾星华 长安大学材料科学与工程学院 摘要碳/碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料是重要的热结构材料体系之一。综述了近年来发展的有关制备C/SiC陶瓷基复合材料的各种技术及其在航空航天、光学系统、空间技术、交通Z-具(刹车片、阀)、能源技术等领域的应用,并且综述了烧结助剂含量对液相烧结SiC陶瓷抗氧化性的影响、三维针刺碳/碳化硅陶瓷基复合材料及其摩擦磨损性能以及二维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征等最新研究成果。 关键字碳化硅陶瓷基复合材料制备技术力学性能抗氧化性液相烧结1.引言 陶瓷基复合材料(CMC)是在陶瓷基体中引入第二相材料,使之增强、增韧的多相材料,又称为多相复合陶瓷或复相陶瓷.陶瓷基复合材料是2O世纪8O年代逐渐发展起来的新型陶瓷材料,包括纤维(或晶须)增韧(或增强)陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、梯度功能复合陶瓷及纳米陶瓷复合材料。其因具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、热导率低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、强度高、硬度大及介电、透波等特点,在有机材料基和金属材料基不能满足性能要求的情况下可以得到广泛应用,成为理想的高温结构材料。陶瓷基复合材料正是人们预计在21世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构的首选材料。鉴于此,许多国家都在积极开展陶瓷基复合材料的研究,大大拓宽了其应用领域,并相继研究出各种制备新技术,其中,C/SiC陶瓷基复合材料是其中一个非常重要的体系。C/SiC陶瓷基复合材料主要有两种类型,即碳纤维/碳化硅和碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料。碳纤维/碳化硅陶瓷基复合材料是利用碳纤维来增强增韧SiC陶瓷,从而改善陶瓷的脆性,实现高温结构材料所必需的性能,如抗氧化、耐高温、耐腐蚀等;碳颗粒/碳化硅陶瓷基复合材料是利用碳颗粒来降低SiC陶瓷的硬度,实现结构陶瓷的可加工性能,同时具有良好的抗氧

多孔陶瓷材料的制备技术

第14卷第3期Vol.14No.3 材 料 科 学 与 工 程 Materials Science&Engineering 总第55期 Sept.1996多孔陶瓷材料的制备技术 朱时珍 赵振波 北京理工大学 北京 100081 刘庆国 北京科技大学 北京 100083 【摘 要】 本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状,对目前研究比较活跃,应用比较成功的几种制备技术进行了分析,并讨论了今后的发展趋势。 【关键词】 多孔陶瓷 制备 造孔剂 泡沫浸渍 Techniques For Preparation of Porous Ceramic Materials Zhu Shizhen Zhao Zhenbo Beij ing Institute of Technology Beijing 100081 Liu Qingguo Beij ing University of Science and Technology Beij ing 100083【Abstr act】 T he r ecent status of techniques for prepar ation of por ous ceramic mater ials was re-viewed.Var ious t echniques for pr epar ation of por ous cer amic mater ials resear ched mor e actively and ap-plied more successfully wer e analyzed,and the future development tr ends were discussed. 【Key wor ds】 Porous cer amics,F abr ication,P or e-form ing mat er ials,F oam impregna tion 一、前 言 近年来表面与界面起突出作用的新型材料日益受到重视,既发现一些新的物理现象和效应,在应用上又很有潜力,具有广泛的发展前景[1]。多孔陶瓷材料正是一种利用物理表面的新型材料。例如,利用多孔陶瓷的均匀透过性,可以制造各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件和节流元件等;利用多孔陶瓷发达的比表面积,可以制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等;利用多孔陶瓷吸收能量的性能,可以用作各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷低的密度、低的热传导性能,还可以制成各种保温材料、轻质结构材料等[2],加之其耐高温、耐气候性、抗腐蚀,多孔陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门,引起了全球材料学界的高度重视,并得到了较快发展,每年这方面的专利都有近百篇,而且有逐年增长的趋势。但由于绝大多数制备工艺参数及关键问题处于技术保密状态,目前尚无系统论述各种制备技术的文章,本文结合作者研制用于高温固体氧化物燃料电池的多孔A l2O3陶瓷支持管(体)的研究工作,分析了多孔陶瓷材料制备技术的现状及今后的发展趋势。 ? 33 ?

碳化硅陶瓷生产工艺_碳化硅陶瓷烧结方法

碳化硅陶瓷生产工艺_碳化硅陶瓷烧结方法 21世纪是信息化时代,但很多人都开始了传统的生活,注意养生,比如想要逃离城市,进入乡村,因为乡下的空气好;又比如不再吃大鱼大肉,而是吃起了野菜。那么传统的陶瓷自然也受到人们的喜爱了。碳化硅陶瓷生产工艺是什么,碳化硅陶瓷烧结方法有哪些,碳化硅扰动喷嘴清洗剂哪种好,这就是今天小编带来的问题内容。 碳化硅陶瓷-生产工艺 碳化硅陶瓷主要组成物是SiC,这是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷,在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度,是目前高温强度高的陶瓷,碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。是良好的高温结构材料,可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件;利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料;利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等。 SiC具有很高的抗氧化性,因为在体材料的氧化过程中会在氧化界面形成SiO2层,从而阻止了氧化

的进行化学方程式:2SiC+3O2=2SiO2+2CO(好的稳定性就包括化学稳定强和物理稳定性强,化学稳定性强包含抗氧化、 耐腐蚀,物理稳定性主要 指热膨胀系数低、抗弯强 度高、耐高温,不容易受 温差和外部环境影响。) 力学性能 陶瓷材料是工程材料中刚 度好、硬度高的材料,其 硬度大多在1500HV以上。 陶瓷的抗压强度较高,但 抗拉强度较低,塑性和韧 性很差。 热性能 陶瓷材料一般具有高的熔点(大多在2000℃以上),且在高温下具有好的化学稳定性;同时陶瓷的线膨胀系数比金属低,当温度发生变化时,陶瓷具有良好的尺寸稳定性。 电性能 陶瓷散热片具有良好的电绝缘性,绝缘阻抗为10GΩ(吉欧) 化学性能 陶瓷材料在高温下不易氧化,因为在体材料的氧化过程中会在氧化界面形成SiO2层,从而阻止了氧化的进行。化学方程式:2SiC+3O2=2SiO2+2CO,并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。碳化硅扰动喷嘴-清洗剂如何选择 1、碳化硅喷嘴清洗剂应不产生影响清洁过程及现场卫生的泡沫和异味。 2、清洗剂清洁污垢的速度要快要彻底。

碳化硅陶瓷的发展与应用

碳化硅陶瓷的发展与应用 1073112 王苗 摘要:碳化硅陶瓷以其优异的抗热震、耐高温、抗氧化和耐化学腐蚀等特性而广泛地应用于石油、化学、汽车、机械和宇航等工业领域中,并日益引起人们的重视。本文对各种SiC 陶瓷的制备方法、性能特点及其应用现状进行了综合评述。 关键词:碳化硅陶瓷发展与应用 Abstract: Silicon carbide ceramics have been widely used in petroleum, chemical, automotive,mechanical and aerospace industries because of their excellent resistance to thermal shock, high temperatures, oxidation and chemical corrosion. In this paper, the fabricating methods, mechanical properties and current applications of various SiC ceramics are revicwed. Key Words: SiC Ceramics Development and Application 1 前言 现代国防、核能和空间技术以及汽车工业、海洋工程的迅速发展, 对火箭燃烧室内衬、飞机涡轮发动机叶片、核反应堆结构部件、高速气动轴承和机械密封零件等材料的要求愈来愈高, 迫切需要开发各种新型高性能结构材料。碳化硅陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性, 因此, 已经在许多领域大显身手, 并日益受到人们的重视。例如, SiC陶瓷在石油化学工业中已被广泛地用作各种耐腐蚀用容器及管道在机械工业中已被成功地用作各种轴承、切削刀具和机械密封部件在宇航和汽车工业中也被认为是未来制造燃气轮机、火箭喷嘴和发动机部件的最有希望的候选材料。 本文首先对SiC 的基本性质及SiC粉末的合成方法进行了简单介绍, 接着重点综述了SiC陶瓷的性能特点, 最后对SiC陶瓷的应用现状与未来发展进行了概括和分析。 2 碳化硅的基本特性 2.1、化学属性 抗化合性:碳化硅材料在氧气中反应温度达到1300℃时,在其碳化硅晶体表层已经生成二氧化硅保护层。随着保护层的加厚,抵制了里面碳化硅继续被化合,这使碳化硅有较好的抗化合性。当气温达到1900K(1627℃)以上时,二氧化硅保护膜已经被破坏,碳化硅化合效应加重,从而1900K是碳化硅在氧化剂氛围下的最高工作气温。 耐酸碱性:在耐酸、碱及化合物的效用方面,因为二氧化硅保护膜的效用,碳化硅的抗酸能力非常非常强,抗碱性稍差。 2.2、物理性能 密度:各样碳化硅晶形的颗粒密度十分相近,通常情况下,应该是3.20 g/ m m3,其碳化硅磨料的堆砌密度在1.2--1.6 g/ m m3之间,其高矮取决于其粒度号、粒度合成和颗粒形状的大小。 硬度:碳化硅的硬度为:莫氏9.5级。单晶硅的硬度为:莫氏7级。多晶硅的硬度为:莫氏7级。都是硬度相对较高的物料。努普硬度为2670—2815公斤/毫米,在磨料中高于刚玉而仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼。 导热率:碳化硅制品的导热率非常高,热膨胀参数小,抗热震性非常高,是优质的耐火材料。 2.3、电学属性 恒温下工业碳化硅是一种半导体,属杂质导电性。高纯度碳化硅随着气温的升高内阻率降低,含杂质碳化硅按照其含杂质不一样,导电性能也不一样。

碳化硅陶瓷及制备工艺

碳化硅陶瓷性能及制造工艺 碳化硅(SiC)陶瓷,具有抗氧化性强,耐磨性能好,硬度高,热稳定性好,高温强度大,热膨胀系数小,热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此,已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手,日益受到人们的重视。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密切相关。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、H2SO4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,但氧化时表面形成的 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。 现就SiC陶瓷的生产工艺简述如下: 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

碳化硅陶瓷 论文

新型功能材料 专业化学类 班级应化1101 学生郭珊 学号20110222056 小组成员丁超凡付文静韩丹丹韩双任课教师李村成 平时成绩 论文成绩 课程成绩

课程论文要求 结合自己学习兴趣,通过小组调研,查阅相关资料,撰写一篇与新型功能材料有关的课程论文。 论文要求:1.论文题目科学规范,调研方向具体明确、题目不能过大;2.字数要在5000字左右(不计参考文献);3.论文撰写要使用自己的语言,要有自己见解及评论,不能拷贝、翻译;4.文字简练,层次分明,逻辑性强,条理清晰,引用数据准确、真实、可靠,结论明确;5.文中涉及的图表需自己画;6.引用的参考文献需在文中用数字标出并在文后列出; 7. 量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100~GB3102-93; 8. 字体及格式统一要求:论文标题用居中加粗宋体三号字;小标题用加粗宋体小四号字;图表说明用居中宋体五号字;正文及引用文献用宋体小四号字(英文和数字用Times New Roman);1.25倍行距,A4纸,上、下、左、右页边距均为2.5 cm;9. 提交论文双面打印。 本课程成绩评定说明: 该课程总成绩由平时成绩与课程论文成绩两部分组成,其中平时考勤、课堂表现、课堂报告等成绩占总成绩50%;课程论文成绩占总成绩的50 %。 平时成绩与课程论文成绩均按满分100分评定。

新型陶瓷-碳化硅陶瓷制备技术及应用 摘要:阐述了碳化硅陶瓷的制备技术及应用,介绍了SiC粉末的合成方法(如Acheson法、化合法、热分解法、气相反相法)、SiC的烧结方法(如无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结)、反应烧结碳化硅的成型工艺(如模压成型、等静压成型、注浆成型)以及碳化硅陶瓷在各个方面的广泛应用,并展望了碳化硅陶瓷的发展应用前景。 关键词:新型陶瓷;碳化硅陶瓷;SiC粉末合成;SiC烧结;成型工艺 一、引言 传统陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物,经过成型和高温烧结制成的,由无机化合物构成的多相固体材料。新型陶瓷以精致的高纯天然无机物或人工合成的无机化合物为原料,采用精密控制的加工工艺烧结,具有优异的性能。在各个方面,新型陶瓷和传统陶瓷有诸多的不同之处。 在原料使用上方面,新型陶瓷突破传统陶瓷以黏土为主,使用精选或提纯的氧化物、硅化物、氮化物、硼化物等原料。成分方面,传统陶瓷的组成与黏土的成分相关,不同产地料对产品组成与结构影响很大;新型陶瓷原料是提纯化合物,性质由原料的纯度和制备工艺决定,与产地原料无关。在制备工艺方面,传统陶瓷以窑炉为主;新型陶瓷用真空烧结、气氛烧结、热压、热静压等手段实现。在性能与用途方面,传统陶瓷体现日常应用;新型陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨、耐蚀、感应性等特殊性能、使用在特殊场合,在高温,机械电子计算机航天医学工程广泛应用。 依据材料功能,新型陶瓷分类如表一: 表一新型陶瓷分类

碳化硅陶瓷

碳化硅工艺流程 碳化硅(SiC)陶瓷,具有抗氧化性强,耐磨性能好,硬度高,热稳定性好,高温强度大,热膨胀系数小,热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此,已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手,日益受到人们的重视。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密切相关。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、H2SO4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,但氧化时表面形成的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。 现就SiC陶瓷的生产工艺简述如下: 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:

实验一多孔陶瓷的制备

实验一多孔陶瓷的制备 一、实验目的 1. 了解多孔陶瓷的用途 2. 掌握多孔陶瓷的制备方法 3. 了解多孔陶瓷的制备工艺 二、实验原理 多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料,也可称为气孔功能陶瓷,它是一种利用物理表面的新型材料。多孔陶瓷具有如下特点:巨大的气孔率、巨大的气孔表面积;可调节的气孔形状、气孔孔径及其分布;气孔在三维空间的分布、连通可调;具有其它陶瓷基体的性能,并具有一般陶瓷所没有的主要利用与其巨大的比表面积相匹配的优良热、电、磁、光、化学等功能。实际上,很早以前人们就使用多孔陶瓷材料,例如,人们使用活性碳吸附水份、吸附有毒气体,用硅胶来做干燥剂,利用泡沫陶瓷来做隔热耐火材料等。现在,多孔陶瓷,尤其是新型多孔陶瓷的应用范围广多了。 1. 多孔陶瓷的种类 多孔陶瓷的种类很多,按所用的骨料可以分为以下六种: 按孔径分为以下三种情况: 2. 多孔陶瓷的制备: 陶瓷产品中的孔包括:(1)封闭气孔:与外部不相连通的气孔 (2)开口气孔:与外部相连通的气孔 下面介绍多孔陶瓷中孔的制备方法和制备技术 2.1孔的形成方法:

(1)添加造成孔剂工艺:陶瓷粗粒粘结、堆积可形成多孔结构,颗粒靠粘结剂或自身粘合成型。这种多孔材料的气孔率一般较低,20~30%左右,为了提高气孔率,可在原料中加入成孔剂(porous former),即能在坯体内占有一定体积,烧成、加工后又能够除去,使其占据的体积成为气孔的物质。如碳粒、碳粉、纤维、木屑等烧成时可以烧去的物质。也有用难熔化易溶解的无机盐类作为成孔剂,它们能在烧结后的溶剂侵蚀作用下除去。此外,可以通过粉体粒度配比和成孔剂等控制孔径及其它性能。这样制得的多孔陶瓷气孔率可达75%左右,孔径可在μm—mm之间。虽然在普通的陶瓷工艺中,采用调整烧结温度和时间的方法,可以控制烧结制品的气孔率和强度,但对于多孔陶瓷,烧结温度太高会使部分气孔封闭或消失,烧结温度太低,则制品的强度低,无法兼顾气孔率和强度,而采用添加成孔剂的方法则可以避免这种缺点,使烧结制品既具有高的气孔率,又具有很好的强度。 (2)有机泡沫浸渍工艺:有机泡沫浸渍法是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料,干燥后烧掉有机泡沫,获得多孔陶瓷的一种方法。该法适于制备高气孔率、开口气孔的多孔陶瓷。这种方法制备的泡沫陶瓷是目前最主要的多孔陶瓷之一。 (3)发泡工艺:可以在制备好的料浆中加入发泡剂,如碳酸盐和酸等,发泡剂通过化学反应等能够产生大量细小气泡,烧结时通过在熔融体内产生放气反应能得到多孔结构,这种发泡气体率可达95%以上。与泡沫浸渍工艺相比,更容易控制制品的形状、成分和密度,并且可制备各种孔径大小和形状的多孔陶瓷,特别适于生产闭气孔的陶瓷制品,多年来一直引起研究者的浓厚兴趣。 (4)溶胶-凝胶工艺:主要利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶(热等)处理过程中留下小气孔,形成可控多孔结构。这种方法大多数产生纳米级气孔,属于中孔或微孔范围内,这是前述方法难以做到的,实际上这是现在最受科学家重视的一个领域。溶胶-凝胶法主要用来制备微孔陶瓷材料,特别是微孔陶瓷薄膜。 (5)利用纤维制得多孔结构:主要利用纤维的纺织特性与纤细形态等形成气孔,形成的气孔包括:a 有序编织、排列形成的;b 无序堆积或填充形成的。 通常将纤维随意堆放,由于纤维的弹性和细长结构,会互相架桥形成气孔率很高的三维网络结构,将纤维填充在一定形状的模具内,可形成相对均匀,具有一定形状的气孔结构,施以粘结剂,高温烧结固化就得到了气孔率很高的多孔陶瓷,这种孔较大的多孔陶瓷的气孔率可达80%以上;在有序纺织制备方法中,有一种是将纤维织布(或成纸),,再将布(或纸)折叠成多孔结构,常用来制备“哈尔克尔”,这种多孔陶瓷通常孔径较大,结构类似于前面提到的以挤压成型的蜂窝陶瓷;另外是三维编织,这种三维编织为制备气孔率、孔径、气孔排列、形状高度可控的多孔陶瓷提供了可能。 (6)腐蚀法产生微孔、中孔:例如对石纤维的活化处理,许多无机非金属半透膜也曾以这种方法制备。 (7)利用分子键构成气孔:如分子筛,这是微孔材料也是中孔材料。象沸石、柱状磷酸锌等是这类材料。

碳化硅的制备与应用

目录 摘要 (1) 关键字 (1) 1碳化硅的合成与制备 (1) 2SiC陶瓷的主要应用领域 (3) 3结束语 (5) 参考书目 (5)

碳化硅陶瓷的制备与应用 摘要:碳化硅陶瓷材料由于抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性,广泛的应用于各个领域。本文通过对碳化硅陶瓷材料的的发展历程,特性及国内外研究状况提出了几种碳化硅陶瓷的烧结方法,并讨论其发展趋势。 关键词:碳化硅;合成与制备;烧结;应用; 1、碳化硅陶瓷的合成与制备 SiC由于其共价键结合的特点,烧结时的扩散速率相当低,即使在的2100℃的高温,C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10和2.5×10-13cm2/s所以,很难采取通常离子键结合材料所用的单纯化合物常压烧结途径来制取高致密化材料,必须采用一些特殊的工艺手段或依靠第二相物质促进其烧结。 SiC很难烧结。其晶界能与表面能之比很高,不易获得足够的能量形成晶界而烧结成块体。SiC烧结时的扩散速率很低,其表面的氧化膜也起扩散势垒作用。因此,碳化硅需要借助添加剂或压力等才能获得致密材料。本制件采用Al-B-C作为烧结助剂。硼(B)在SiC晶界的选择性偏析减小晶界能,提高烧结推动力,但过量的B会使SiC晶粒异常长大。添加C(碳)可以还原碳化硅表面对烧结起阻碍作用的SiO2膜,并使表面自由能提高。但过多的碳,使制品失重,密度下降。铝(Al)有抑制晶粒长大的作用,并有增强硼的烧结助剂作用,但过量的Al却会使制件的高温强度下降。因此,必须通过试验合理确定Al,B,C的用量。 目前制备SiC陶瓷的主要方法有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结等。 1.1 碳化硅陶瓷的无压烧结 无压烧结被认为是SiC烧结最有前途的烧结方法,通过无压烧结工艺可以制备出复杂形状和大尺寸的SiC部件。根据烧结机理的不同,无压烧结又可分为固 的β-SiC可通过添加B和C进行常压烧结,这相烧结和液相烧结。对含有微量SiO 2 种方法可明显改善SiC的烧结动力学。掺杂适量的B,烧结过程中B处于SiC晶界上,部分与SiC形成固溶体,从而降低了SiC的晶界能。掺杂适量的游离C对固相烧结 生成,加入的适量C有助于使SiC表有利,因为SiC表面通常会被氧化有少量SiO 2 面上的SiO 膜还原除去,从而增加了表面能。然而#对液相烧结会产生不利影响, 2 因为C会与氧化物添加剂反应生成气体,在陶瓷烧结体内形成大量的开孔,影响致密化进程。SiC的烧结工艺中,原料的纯度、细度、相组成十分重要。S.Proehazka 通过在超细β-SiC粉体(含氧量小于2%)中同时加入适量B和C的方法,在2020℃下常压烧结成密度高于98%的SiC烧结体。但SiC-B-C系统属于固相烧结的范畴,需要的烧结温度较高,并且断裂韧性较低,断裂模式为典型的穿晶断裂,晶粒粗大且均匀性差。国外对SiC的研究焦点主要集中于液相烧结上,即以一定数量的

碳化硅陶瓷

太原工业学院 2015/2016学年第一学期 《特种陶瓷》课程论文 题目:碳化硅陶瓷的工艺与发展方向 班级: 122073219 姓名:刘鑫泽 学号: 19

1 前言 随着科技的发展,人们迫切需要开发各种新型高性能结构材料。碳化硅陶瓷由于具有多种良好的的性能,已经在许多领域大显身手,并且已经收到人们的高度重视。 2 晶体结构 SiC是共价键很强的化合物,SiC中 Si-C键的离子性仅12%左右。 SiC具有α和β两种晶型。β- SiC的晶体结构为闪锌矿晶体结构立方晶系,Si和 C 分别组成面心立方晶格;α-SiC纤锌矿型结构,六方晶系。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。在温度低于1600℃时,SiC以β-SiC形式存在。当高于1600℃时,β- SiC缓慢转変成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。[1] 3 性能与应用 3.1 性能 (1)SiC陶瓷化学稳定性好、抗氧化性强。 (2)硬度高,耐磨性能好。 (3)SiC具有宽的能带间隙。 (4)优良的导电性。 (5)热稳定性好,高温强度大。 (6)热膨胀系数小、热导率大以及抗热振和耐化学腐蚀等。[4] 3.2 应用 碳化硅的最大特点是高温强度高,有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能,其热传导能力很强,仅次子氧化铍陶瓷。碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承、泵的密封圈、拉丝成型模

多孔陶瓷的制备及性能分析

第一章综述 1.1 多孔陶瓷的概述 多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有大量彼此相通或闭合气孔结构的陶瓷材料,是具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、耐高温及良好隔热性能等优点的新型功能材料。 多孔陶瓷的种类繁多,几乎目前研制生产的所有陶瓷材料均可通过适当的工艺制成陶瓷多孔体。根据成孔方法和孔隙结构的不同,多孔陶瓷可分为三类:粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷。根据所选材质不同,可分为刚玉质、石英质、堇青石质、莫来石质、碳化硅质、硅藻土质、氧化锆质及氧化硅质等。 多孔陶瓷材料一般具有以下特性:化学稳定性好,可制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷;具有良好的机械强度和刚度,在气压、液压或其他应力载荷下,多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化;耐热性好,用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体;具有高度开口、内连的气孔;几何表面积与体积比高;孔道分布较均匀,气孔尺寸可控,在0.05~600μm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。 多孔陶瓷的优良性能,使其已被广泛应用于冶金、化工、环保、能源、生物等领域。如利用多孔陶瓷比表面积高的特性,可制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等;利用多孔陶瓷吸收能量的性能,可制成各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷的低密度、低热传导性,可制成各种保温材料、轻质结构材料等;利用多孔陶瓷

的均匀透过性,可制成各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件、节流元件等。因此,多孔材料引起了材料科学工作者的极大兴趣并在世界范围内掀起了研究热潮。 1.2 多孔陶瓷的制备方法 多孔陶瓷是由美国于1978年首先研制成功的。他们利用氧化铝、高岭土等陶瓷材料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造中的过滤,可以显著提高铸件质量,降低废品率,并在1980年4月美国铸造年会上发表了他们的研究成果。此后,英、俄、德、日等国竞相开展了对多孔陶瓷的研究,已研制出多种材质、适合不同用途的多孔陶瓷,技术装备和生产工艺日益先进,产品已系列化和标准化,形成为一个新兴产业。我国从20世纪80年代初开始研制多孔陶瓷。 多孔陶瓷首要特征是其多孔特性,制备的关键和难点是形成多孔结构。根据使用目的和对材料性能的要求不同,近年逐渐开发出许多不同的制备技术。其中应用比较成功,研究比较活跃的有:添加造孔剂工艺,颗粒堆积成型工艺,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺,溶胶凝胶工艺等传统制备工艺及孔梯度制备方法、离子交换法等新制备工艺。 1.2.1挤压成型工艺 本工艺的特点是靠设计好的多孔金属模具来成孔。将制备好的泥浆通过一种具有蜂窝网格结构的模具基础成型,经过烧结就可以得到最典型的多孔陶瓷即现用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷。此外,也可以 在多孔金属模具中利用泥浆浇注工艺获得多孔陶瓷。该类工艺的特点在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计,对于蜂窝陶瓷最

碳化硅陶瓷工艺流程

碳化硅(SiC)陶瓷,具有抗氧化性强,耐磨性能好,硬度高,热稳定性好,高温强度大,热膨胀系数小,热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此,已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手,日益受到人们的重视。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密切相关。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、H2SO4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,但氧化时表面形成的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。 现就SiC陶瓷的生产工艺简述如下: 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: 使聚碳硅烷或三氯甲基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。

SPS制备碳化硅陶瓷的研究

第17卷第3期2007年6月 粉末冶金工业 POW DER ME T AL LURG Y INDUS TRY Vol.17N o.3 Jun.2007 收稿日期:2007-01-06 基金项目:国家自然基金项目(50404012) 作者简介:赵珍(1982-),女(汉),山西省灵石县人,硕士研究生,主要从事碳化硅和氮化硅陶瓷的放电等离子烧结(SPS)工艺的研究。 SPS 制备碳化硅陶瓷的研究 赵 珍,何新波,曲选辉,张 勇 (北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083) 摘 要:本文用放电等离子烧结(SPS)的方法制备了SiC 陶瓷,研究了SPS 烧结温度、压力和保温时间对烧结试样力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,烧结试样的密度和硬度增加,当温度超过1600 后,密度和硬度不再增加,反而有稍微的下降,而断裂韧度和弯曲强度则随温度的升高而提高;随着压力的增大和保温时间的延长,样品的致密度和力学性能均提高。当温度为1700 、压力为50MPa 、保温时间为5min 时,烧结样品的密度达3.280g/cm 3,维氏硬度达25.0GPa,断裂韧度达8.34MPa m 1/2 、弯曲强度达684MPa 。关键词:碳化硅陶瓷;放电等离子烧结;力学性能中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2007)03-0028-05 PREPARATION OF SILICON CARBIDE BY SPARK PLASMA SINTERING ZHAO Zhen,HE Xin bo,QU X uan hui,ZHA NG Yo ng ((School of M ater ials Science and Engineering ,U niversity of Science and Technolog y of Beijing,Beijing 100083,China) Abstract:The silicon carbide ceramic was prepared by Spark Plasma Sintering(SPS).The effects of sintering temperature,time and pressure on density and mechanical properties of sintered products w ere studied.The result show ed that w ith the increase of sintering temperature the density and hardness of the product increases at first and decreases slightly after the temperature is over 1600 ,w hile bending stress and fracture toughness increase gradually.H owever,w ith the increase of pres sure and time the mechanical properties of product increase.When the temperature w as 1700 ,the pressure w as 50MPa,the dwelling time was 5min,the product with density of 3.280g/cm 3,hard ness of 25GPa,fracture toughness of 8.34MPa m 1/2 ,bending stress of 684MPa was obtained.Key words:silicon carbide ceramic,Spark Plasma Sintering (SPS),mechanical properties SiC 陶瓷由于具有高硬度、高强度、耐高温、耐化学腐蚀、高热导率等性能,被广泛应用于各个工业领域 [1~3] 。但由于SiC 是一种共价键性很强的化合物, 其熔点很高、自扩散系数极小,烧结性很差,所以在传 统的烧结工艺(无压烧结或热压烧结)条件下,如果不加入适当的助烧剂,纯SiC 是很难烧结致密的[4]。即使在引入适当助烧剂的情况下,SiC 陶瓷的无压烧结温度和热压烧结温度亦分别高达2100 和2050 。这样,很容易导致SiC 粗晶的生成,从而降低SiC 陶 瓷的力学性能。 为了克服SiC 陶瓷无压烧结工艺和热压烧结工艺所存在的这些缺陷,人们采用了放电等离子烧结 (Spark Plasma Sintering:SPS),它产生的高能电火花可以在较低的温度和较短的时间内完成试样的烧结过程。Tamari N [5,6]等人利用SPS 以Al 2O 3、Y 2O 3和硼、碳为助烧剂,对SiC 粉末烧结情况进行了研究,并制备得到了致密度很高的SiC 试样。与普通热压烧结方法制备得到的试样相比,其性能有较大提高。本

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