碳化硅陶瓷的发展情况

碳化硅陶瓷的发展情况

随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术的高度发展，经常要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优越性能，才能在比较苛刻的工作环境中使用。由于特种陶瓷材料具有抗氧化性强、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，已成为尖端科学的重要组成部分，受到普遍重视。

碳化硅陶瓷是近二十几年才开始发展的新材料，但由于其具有特别优良的高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温性能，很快得到了开发应用，大量应用于石油化工、冶金机械、航空航天、微电子、汽车、钢铁等领域，并日益显示出其他特种陶瓷所无法比拟的优点。

碳化硅(SiC)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。

由于碳化硅陶瓷的高性能和在工业领域中的广泛应用，SiC的烧结一直是材料界研究的热点，如何采用较简单的生产工艺在较低的温度下制备得到高致密度的碳化硅陶瓷制品也是研究者一直关心的课题；但由于碳化硅是一种共价性极强的共价键化合物，即使在2100℃的高温下，C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10和2.5×10-13 cm2/s。所以SiC很难烧结，必须借助烧结助剂或外部压力才可能在2000℃以下实现致密化。

1、无压烧结

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。美国GE公司通过在含微量氧(含氧量小于0.2%)高纯度的β- SiC中添加硼和碳,在2000℃以上,惰性气氛中烧结,在2020℃下成功得到密度高于98 %的碳化硅烧结体。中科院上海硅酸盐研究所采用

Y2O3 ,Al2O3 为烧结助剂,选熔点较低的YAG(Y3Al5O12)为基本的配方组元,在1850℃烧成了抗弯强度和断裂韧性分别为707和10.7的SiC陶瓷。山东省硅酸盐研究设计院刘宝英等添加适量的Al2O3,Y2O3为烧结助剂,采用注浆成型工艺,在1780℃制得相对密度达到97%的精细SiC复合陶瓷材料,能满足机械密封件,耐磨陶瓷的工业化生产需要。但是到目前为止,对常压烧结的SiC研究还不是很透彻,有待于进一步深入。

2、热压烧结

纯SiC粉热压可以达到致密,但需要高温(大于2000℃)及高压(大于35MPa)。国内外很多研究致力于添加适当的烧结助剂以便有效促进SiC热压烧结。Norton 公司的Alliegro研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金属添加物对SiC致密化的影响,证明Al和Fe是促进SiC热压烧结最好的添加剂。Lange研究添加Al2O3对SiC热压性能的影响,发现SiC通过液相溶解再沉淀机理达到致密。江东亮等研究了以B4C和C 为添加剂的α-SiC热压烧结工艺,在2050℃下获得接近理论密度的SiC陶瓷。热压烧结虽然降低烧结温度,得到较致密和抗弯强度高的SiC陶瓷,但是热压工艺效率低,很难制造形状复杂的SiC部件,不利于工业化生产。

3、热等静压烧结

由于纯SiC很难通过常压烧结及热压烧结达到致密,而加入添加剂会影响SiC 陶瓷的某些性能。为了进一步解决上述矛盾,许多研究人员采取热等静压(HIP) 烧结工艺制备SiC陶瓷,并取得了良好效果,Dutta添加B和C,采用热等静压烧结工艺,在1900℃获得密度高于98%的SiC烧结体,在2000℃和138MPa 压力下,实现了无添加剂的SiC陶瓷致密烧结体。Kofune实验认为:当SiC粉粒径小于0. 6nm时,通过HIP烧结工艺,无需任何添加剂,即可在1950℃得到致密化SiC陶瓷。中科院上硅所研究表明,在HIP烧结过程中,Al2O3 可有效促进SiC 陶瓷致密化。SiC添加3～5%的Al2O3时,采用HIP烧结工艺,在1850℃和200MPa压力下烧结1h ,可得到相对密度93.7%和抗弯强度582MPa的SiC陶瓷。虽然热等静压烧结能获得形状复杂且力学性能较好的致密SiC制品,但是因HIP烧结必须对素坯进行包封,所以目前难以实现工业化生产。

4、自结合(反应烧结)SiC

自结合SiC制备基本上是一种反应烧结过程。由α-SiC和石墨粉按一定比例

混合压成坯体,高温(1600℃～1700℃)下使其与液态Si接触,坯体中的C会与外部渗入的Si发生反应,生成β-SiC ,并与α-SiC相结合,过多的Si填充于气孔,从而得到无孔致密的反应烧结体。反应烧结过程通常在真空下用感应加热石墨坩埚来完成。自结合SiC的强度在1400℃以前基本上与Si含量无关,超过1400℃由于Si 的熔化,强度骤降。

目前,典型的反应烧结SiC制品主要有英国UKAEA的Refel-SiC和美国Carborundum 公司的KT-SiC。国内在山东有数家生产反应烧结碳化硅的厂家,生产工艺成熟,产品性能稳定,生产的反应烧结碳化硅密度大于3.02g/cm3,目前此类产品国内需求量大,市场前景良好。

SiC陶瓷在石油、化工、汽车、机械和宇航等领域中的应用范围越来越广泛，迫切需要在提高SiC陶瓷性能的同时，不断改进制造技术，降低生产成本。实现SiC陶瓷的低温烧结，可显著降低能耗，明显降低生产成本，推动SiC陶瓷产品的产业化。与其它结构陶瓷相比，碳化硅原料来源丰富、制备工艺方法多，可以适应各种不同使用工况的要求，是除了氧化铝以外最可能形成产业化规模的工程结构陶瓷.世界各主要陶瓷生产厂家都十分重视碳化硅材料的研究与应用开发。我国是碳化硅原料生产大国，又具有十分广泛的工业与高技术需求，此外由于碳化硅产品的需求领域覆盖高、中、低档材料，有利于产业化规模的形成.因此作为推动结构陶瓷产业化的重要突破口，我们应积极做好碳化硅材料的研制、开发与推广工作，以尽快形成我国自己的碳化硅产业。

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

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

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。

陶瓷的研究现状与发展展望

陶瓷的研究现状与发展展望 陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料.它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点.可用作结构材料、刀具材料,由于陶瓷还具有某些特殊的性能,又可作为功能材料. 分类: 普通陶瓷材料 采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成,是典型的硅酸盐材料,主要组成元素是硅、铝、氧,这三种元素占地壳元素总量的90%,普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟.这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等. 特种陶瓷材料 采用高纯度人工合成的原料,利用精密控制工艺成形烧结制成,一般具有某些特殊性能,以适应各种需要.根据其主要成分,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能.本节主要介绍特种陶瓷. 编辑本段性能特点力学性能 陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料,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）,且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料,陶瓷还是良好的隔热材料.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 大多数陶瓷具有良好的电绝缘性,因此大量用于制作各种电压（1kV~110kV）的绝缘器件.铁电陶瓷（钛酸钡BaTiO3）具有较高的介电常数,可用于制作电容器,铁电陶瓷在外电场的作用下,还能改变形状,将电能转换为机械能（具有压电材料的特性）,可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等.少数陶瓷还具有半导体的特性,可作整流器. 化学性能 陶瓷材料在高温下不易氧化,并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力. 光学性能 陶瓷材料还有独特的光学性能,可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等,透明陶瓷可用于高压钠灯管等.磁性陶瓷（铁氧体如：MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4）在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途. 编辑本段常用特种陶瓷材料 根据用途不同,特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷. 1．结构陶瓷 氧化铝陶瓷主要组成物为Al2O3,一般含量大于45%.氧化铝陶瓷具有各种优良的性能.耐高温,一般可要1600℃长期使用,耐腐蚀,高强度,其强度为普通陶瓷的2~3倍,高者可达5~6倍.其缺点是脆性大,不能接受突然的环境温度变化.用途极为广泛,可用作坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封环等,也可作刀具和模具. 氮化硅陶瓷主要组成物是Si3N4,这是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润

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

碳化硅陶瓷 碳化硅陶瓷具有密度小．弹性模量大，热导率高，热膨胀系数低．抗热震性好，抗氧化性好，高温强度大，耐腐蚀等独特性能，这使得它有广泛的应用：其一，它可用于高温结构材料如发动机部件汽轮机叶片；其二，它可用于航空航天领域中的结构材料．由于它的高弹性模量和低密度决定了它具有很高的比刚度；其三，一些碳化硅陶瓷还可用于电子封装材料，由于它的热膨胀系数可以与S i ，G a A s相匹配；其四，由于碳和硅具有较低的原子序数，碳化硅可以用作原子反应堆的结构材料。 1 碳化硅陶瓷的烧结方法 SiC由于其共价键结合的特点，烧结时的扩散速率相当低，据J ．D．H o n g等的研究结果，即使在21 0 0 ℃的高温， C和 Si 的自扩散系数也仅为1.5×1 0 -10和 2 .5×1 0-13c m2／s 。所以 SiC 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。目前制备 S i C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 无压烧结 无压烧结被认为是 S i C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相烧结和液相烧结。对含有微量 SiO2的β—S i C可通过掭加B和C进行常压烧结，这种方法可明显改

善S i C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对固相烧结有利，因为 S iC表面通常会被氧化有少量SiO2生成，加入的适量C有助于使 S i C表面上的 SiO2膜还原除去，从而增加了表面能。然而C对液相烧结会产生不利影响，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0. 2％) 中同时加人适量 B和C的方法，在 20 2 0 ℃下常压烧结成密度高于 9 8 ％的 SiC烧结体。但 S i C—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 S i C的研究焦点主要集中于液相烧结上，即以一定数量的烧结助剂，在较低的温度下实现SiC致密化。SiC的液相烧结相对于固相烧结，不仅烧结温度有所降低，微观结构也改善了，因而烧结体的性能也较固相烧结体有所提高。 1 . 2 热压烧结 SiC的共价键很强，致使烧结时的体积和晶界扩散速率相当低；SiC晶粒表面的 SiO2薄膜，同时也起到了扩散势垒的作用。因此不使用添加剂或高压力，将SiC烧结到高的密度是相当困难的。J.S. Nadeau指出，不添加任何烧结助剂，纯SiC只有在极高的温度(2500℃)下才能烧结致密，于是不少人对SiC实行热压烧结工艺。关于添加烧

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

碳化硅陶瓷的发展情况

碳化硅陶瓷的发展情况 随着科学技术的发展，特别是能源、空间技术的高度发展，经常要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优越性能，才能在比较苛刻的工作环境中使用。由于特种陶瓷材料具有抗氧化性强、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，已成为尖端科学的重要组成部分，受到普遍重视。 碳化硅陶瓷是近二十几年才开始发展的新材料，但由于其具有特别优良的高强度、高硬度、耐腐蚀、耐高温性能，很快得到了开发应用，大量应用于石油化工、冶金机械、航空航天、微电子、汽车、钢铁等领域，并日益显示出其他特种陶瓷所无法比拟的优点。 碳化硅(SiC)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。 由于碳化硅陶瓷的高性能和在工业领域中的广泛应用，SiC的烧结一直是材料界研究的热点，如何采用较简单的生产工艺在较低的温度下制备得到高致密度的碳化硅陶瓷制品也是研究者一直关心的课题；但由于碳化硅是一种共价性极强的共价键化合物，即使在2100℃的高温下，C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10和2.5×10-13 cm2/s。所以SiC很难烧结，必须借助烧结助剂或外部压力才可能在2000℃以下实现致密化。 1、无压烧结 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。美国GE公司通过在含微量氧(含氧量小于0.2%)高纯度的β- SiC中添加硼和碳,在2000℃以上,惰性气氛中烧结,在2020℃下成功得到密度高于98 %的碳化硅烧结体。中科院上海硅酸盐研究所采用

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。

碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用第三部分

碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用 摘要：通过可以作为防弹护甲的材料进行比较，一步步揭示出如今最符合现代化战争需要的高性能防弹护甲——碳化硅陶瓷防弹护甲，一一介绍出它相对于其他防弹护甲材料的优越性能，但由于该护甲也具有自身缺陷，所以通过理论上的知识来人为的改变其生产过程等方法来增强碳化硅防弹陶瓷的性能，使其成为现代化战争中真正的无敌护甲。 关键词：碳化硅陶瓷；防弹护甲；抗弹性能；应用 引言：由于国内外软质防弹衣只能防护低速的子弹，对于步枪等发射的高速子弹或者某些钢芯弹头，只能采用以软质防弹衣为基础，在重点部位加插硬质护板的方式来抵御。目前硬质护板中只有陶瓷复合板符合现在重量、性能、价格方面符合大家的要求，其中的碳化硅陶瓷抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度高、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，受到了各国军事专家的亲睐，并被广泛应用，但是其韧性低这一致命缺点亟待解决，不过在理论上是可以通过控制烧结过程、通过陶瓷纤维编制来弥补这个弱点。从而使碳化硅防弹陶瓷成为最理想的防弹护甲。 2.1碳化硅的硬度和韧性 SiC的硬度相当高，莫氏刻痕硬度为9.2，克氏显微硬度为2200~2800kg/mm2(负荷100g)。所给范围之所以如此大，这是因为SiC晶体的硬度与其晶轴方向有关。SiC的热态硬度虽然随着温度的升高而下降， SiC的抗压强度为224MPa，SiC的抗弯强度为15.5MPa。SiC颗粒的韧性，通常是用—定数量某种粒度SiC颗粒在定型模子中，施加规定压力之后未被压碎的颗粒所占百分率来反映的，它受颗粒形状等许多因素的影响。 2.2 SiC的热学性质 SiC是在高温下合成的，其制品也多是在高温下制备或者在高温下使用。如果只作较粗略计算时，碳化硅的平均热膨胀系数在25~1400℃范围内可以取4.4×10-6/℃。SiC的热膨胀系数测定结果表明：其量值与其他磨料及高温材料相比要小得多，如刚玉的热膨胀系数可高达(7~8)×10-6/℃。SiC的导热系数很高，这是SiC物理性能方面的另一个重要特点。它的导热系数比其他耐火材料及磨料要大的多，约为刚玉导热系数的4倍。所以，SiC所具有的低热膨胀系数和高导热系数，使其制品在加热及冷却过程中受到的热应力较小，这就是SiC 陶瓷抗热震性特别好的原因。 3. 改变碳化硅防弹陶瓷的理论方法 3.1增强其抗弯强度，在生产环节方面，如今的烧结方法有热压碳化硅、常压烧结碳化硅、反应烧结碳化硅。我们应该采用热压烧结碳化硅方法，因为其烧结出来的碳化硅陶瓷抗弯强

碳化硅的应用

无机固体材料学 课程论文 题目：碳化硅的性能与应用前景 院 系 化学与化学工程学院 专 业 化学师范专升本 姓 名 刘 倩

碳化硅陶瓷的性能与应用前景 摘要 碳化硅陶瓷不仅具有抗氧化性强，耐磨性好，硬度高，热稳定性好，热膨胀系数小，等优良特性，而且广泛的应用也多个领域中。碳化硅是一种典型共价键结合化合物，具有高硬度、耐磨等特性，广泛应用于航空、机械、汽车、冶金、化工、电子等领域。本文主要是对碳化硅陶瓷的性能，市场前景，应用范围进行讨论，并讨论起发展趋势。 关键词：碳化硅性能高硬度耐磨性

一．碳化硅的基本结构及其性质 1.1碳化硅结构 碳化硅是一种典型的共价键结合的稳定化合物。从理论上讲,碳化硅均由SiC四面体堆积而成,所不同的只是平行结合或反平行结合。SiC有75种变体,如α- SiC、β- SiC、3C - Si C、4H - SiC、15R- Si C 等,所有这些结构可分为方晶系、六方晶系和菱形晶系,其中α- SiC、β- SiC 最为常见。α- SiC是高温稳定型,β- SiC是低温稳定型。β- SiC在2100～2400 ℃可转变为α- SiC ,β- SiC可在1450 ℃左右温度下由简单的硅和碳混合物制得。利用透射电子显微镜和X- 射线衍射检测技术可对SiC 显微体进行多型体分析和定量测定。为了区别各种不同的结构,需要有相应的命名方法。命名方法常用的是:把低温类型的立方碳化硅叫做β—SiC,而其余六方的、菱形的晶胞结构一律称为α—SiC。这种命名方法与相律惯例以及矿物学命名都不相符,但因其很方便,也就颇为流行。 1.2碳化硅化学性质 碳化硅本身很容易氧化,但它氧化之后形成了一层二氧化硅薄膜,氧化进程逐步被阻碍。在空气中,碳化硅于800 ℃时就开始氧化,但很缓慢;随着温度升高,则氧化速度急速加快。碳化硅的氧化速率,在氧气中比在空气中快1. 6倍;氧化速率的速度随着时间推移而减慢。如果以时间推移对氧化的数量描图,可以得到典型的抛物线图形. 这反映出二氧化硅保护层对碳化硅氧化速率的阻碍作用。氧化时,若同时存在着能将二氧化硅薄膜移去或使之破裂的物质,则碳化硅就易被进一步氧化。例如:铁、锰等金属有几种化合价,其氧化物能将碳化硅氧化,并且又能与二氧化硅生成低熔点化合物,能侵蚀碳化硅。例如,FeO在1300 ℃、MnO 在1360 ℃能侵蚀碳化硅;而CaO、MgO 在1000 ℃就能侵蚀碳化硅[1]。 二．碳化硅的特点及其性能 2.1磨料 由于其超硬性能,可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料,广泛应用于机械加工行业。我国工业碳化硅主要作磨料用,黑色碳化硅制成的磨具,多用于切割和研磨抗张强度低的材料,如玻璃、陶瓷、石料和耐火物等,同时也用于铸铁零件和有色金属材料的磨削。绿色碳化硅制成的磨具,多用于硬质合金、钛合金、光学玻璃的磨削,同时也用于缸套 的珩磨及高速钢刀具的精磨。立方碳化硅专用于微型轴承的超精磨,采用W3. 5立方碳化硅

陶瓷材料在汽车上的应用现状及前景

陶瓷材料在汽车上的应用现状及前景 王国峰 车辆2班222012322220127 摘要：陶瓷材料是一种新型材料，陶瓷材料的应用，对减轻车辆自身质量、提高发动机热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能等都有积极意义。介绍了几种常用特种陶瓷的主要性能及其在汽车发动机、制动器、减振装置、轴承、传感器等方面的应用。简要分析了目前特种陶瓷在汽车上应用并不广泛的主要原因。 关键词：陶瓷；汽车；应用 0引言 陶瓷是古老而又新型的材料，通常分为传统陶瓷和特种陶瓷两大类。传统陶瓷以天然硅酸盐矿物为原料烧制而成，也叫硅酸盐陶瓷。与之相区别，人们将近代发展起来的各种陶瓷总称为特种陶瓷，也称为新型陶瓷、高技术陶瓷或精细陶瓷。特种陶瓷以精制高纯的化工产品为原料，在化学组成、内部结构、性能和使用效能等各方面均不同于传统陶瓷。 特种陶瓷具有各种优异、独特的性能，应用在汽车上，对减轻车辆自身质量、提高发动机热效率、降低油耗、减少排气污染、提高易损件寿命、完善汽车智能性功能都具有积极意义。 1汽车用特种陶瓷材料分类及特点 特种陶瓷不是传统意义上的陶瓷,它属于精细陶瓷的一个分支,也可称为新型陶瓷高技术陶瓷或工程陶瓷汽车用特种陶瓷可分为功能陶瓷和结构陶瓷两大类. 1.1氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷是新型特种陶瓷材料 ,它原料丰富加工性能好在化工机械和现代尖端技术等方面均有应用制备方法有反应烧结法和热压烧结法 ,主要性能特点是强度 高化学稳定性好抗温变性能好耐磨绝 缘制品精度高可用于制造耐磨耐蚀耐 高温及绝缘零部件用氮化硅陶瓷材料制造发动机, 工作温度从理论上可提高到1370度左右 ,温度提高可使燃烧充分发动机热 效率提高并降低排气污染, 反应烧结氮化硅可用于制造泵的机械密封环高温轴承 阀门等零件热压反应烧结氮化硅可用于制 造切削刀具。 1.2氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷的原料是工业氧化铝性能好但工艺复杂成本高制备方法是在工业氧化铝中加入少量添加剂然后经制坯烧结而成对表面粗糙度和尺寸精度要求高的制品还应进行研磨和抛光处理主要性能特点是高强度高硬度耐磨耐高温和具有良好的绝缘性能可用于喷砂用的喷嘴纺织用的导热器及火箭用倒流罩也可作高温实验仪器及化工零件轴承内燃机火花塞活塞和触媒载体运动零件!活塞活塞销等"减小质量后可使内燃机减少摩擦节约能源加快响应和减小振动表 # 为汽车用高温结构陶瓷的主要性能参数. 1.3碳化硅陶瓷 碳化硅陶瓷是用碳化硅粉把石英碳和木屑装入电弧炉中在1900－2000度的高温下合成利用粉末冶金经反应烧结和热压烧结工艺制成碳化硅陶瓷的最大特点是高温强度好（在1400度时抗弯强度仍保持500－600MPA传热能力强热稳定性好并且耐磨可用于制作火箭尾部喷嘴浇注金属用喉嘴轴承燃气轮机的叶片高温热交换器材料及各种泵的密封圈等氮化硅和碳化硅属于非氧族陶瓷. 2陶瓷材料在汽车上的应用 从理论上分析汽车上能用特种陶瓷材料制造的零件很多但由于受到生产价格 制备工艺可靠性等条件的限制实际大批投入生产应用到汽车上的零部件并不多 大部分仍处于研究开发阶段。 2.1陶瓷绝热发动机 2.1.1陶瓷活塞 陶瓷活塞一般用于柴油机在涡流室柴油机中用陶瓷材料代替贵重金属可进一步减少冷却装置因此整体成本有望降低直

碳化硅陶瓷

碳化硅陶瓷 【摘要】碳化硅陶瓷是一种极其重要的材料，它在工程领域和各行各业都有广泛的应用。文章简述了碳化硅陶瓷的发展过程，综述了其在陶瓷球、磨料磨具、碳化硅陶瓷基复合材料以及其他方面的应用。展望了碳化硅陶瓷在工业领域的应用前景以及高技术碳化硅陶瓷的重要应用，提出发展碳化硅陶瓷生产技术应有紧迫感。 【关键词】碳化硅；陶瓷球；磨料磨具；复合材料 Abstract: 碳化硅ceramics is a very important material，it is applied widely in project field and many other industries．The article summarized 碳化硅ceramics' development history and application in ceramic balls，abrasives，碳化硅ceramic matrix composite and other aspects．In addition，碳化硅ceramics' prospective application in the high technology and the importance of high technology 碳化硅ceramics are proposed with impressive sense． Key words: 碳化硅; ceramic balls; abrasives; matrix composite 引言 21 世纪，随着科学技术的发展，信息、能源、材料、生物工程已经成为当今社会生产力发展的四大支柱，碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特点［1-2］，在材料领域发展迅速。碳化硅陶瓷因具有密度低、热膨胀系数小、硬度高、耐高温，弹性模量大、耐腐蚀等特点，普遍用于陶瓷球轴承、阀门、半导体材料、陀螺、测量仪、航空航天等领域。碳化硅陶瓷是从20世纪60 年代开始发展起的，之前碳化硅主要用于机械磨削材料和耐火材料。世界各国对先进陶瓷的产业化十分重视，现在已经不仅仅满足于制备传统碳化硅陶瓷，生产高技术陶瓷的企业发展更快，尤其是在发达国家。近几年以碳化硅陶瓷为基地复相陶瓷相继出现，改

碳化硅泡沫陶瓷现状与研究进展(学报)

碳化硅泡沫陶瓷的现状与研究进展 赵子鹏 摘要：本文主要介绍了碳化硅泡沫陶瓷国内外研究现状。分别从碳化硅泡沫陶瓷的粉料、碳化硅粉的制备、碳化硅泡沫陶瓷的配料、成型工艺、烧成制度及国内外碳化硅泡沫陶瓷性能等各个方面对其进行介绍，并展望了碳化硅泡沫陶瓷的发展方向。 关键词：碳化硅泡沫陶瓷制备性能 1引言 泡沫陶瓷是20世纪70年代发展起来的一种新型陶瓷材料。它体积密度很小，开口气孔率很高，具有三维网络结构。具有透过性好，比表面积大，密度小，耐高温及耐腐蚀性强等优点，而被广泛地应用于熔融金属过滤、催化剂载体、汽车尾气净化和吸音降噪等传统领域以及传感器、生物材料等新兴领域[1-6]。尤其在钢铁生产过程中有非常重要的作用。 泡沫陶瓷用于钢铁生产的金属液过滤环节，工业生产中常选用碳化硅过滤陶瓷作为钢铁生产中的过滤材料，它不仅可滤去金属液中大部分小至数微米的微小固体悬浮夹杂物，还可滤去液态的熔渣和气体，并且对金属液的流速有减缓作用，能大大改善铸件的显微组织和力学性能，使铸件的质量提高，致密性变好，降低废品率，减少铸件切削加工时刀具的磨损[7]。 2碳化硅泡沫陶瓷制备工艺 2碳化硅粉体的制备工艺 目前，国内外生产用于金属过滤器的泡沫陶瓷材料主要集中在Al2O3、堇青石、莫来石和SiC 等几种原料。SiC 材料由于具有优良的高温性能、高的热导率、良好的抗热震性能和化学稳定性成为制造用于过滤高温铸铁铁水和钢水的首选材料。碳化硅是人造的强共价键的非氧化物陶瓷材料,19世纪初首先Berzeliuss 合成,其工艺上的重要性经美国化学家Acheson揭示后于1893年被承认。高性能SiC材料(如β-SiC粉末、SiC晶须及复合材料)具有高技术、高附加值的特点,超细粉SiC就以其高温强度,高热导率,高耐磨性和耐腐蚀性在航天、汽车、机械、电子、化工等领域得到广泛应用,因此SiC的生产成为人们极为关注的问题。 2.1机械粉碎法 该法是通过无外部热能供给的高能球磨过程制备纳米粉体。可以使用球磨机、振动磨、行星磨、砂磨、流能磨等机械。传统的球磨机应用较早,设备稳定性较好,但效率低,粉磨后粉体粒径分布范围宽,增加了分级难度。有人用砂磨法在一定工艺条件下,将平均粒径为7.3μm的高纯SiC粗粉砂磨粉碎18h后,得到了平均粒径为0.47μm、粉体尺寸分布窄、氧质量分数小于1.5%的超细粉,同时避免了传统球磨、酸洗工艺对环境的污染，另外,经过充分研磨的颗粒之间也可以直

碳化硅陶瓷的性能与应用

碳化硅陶瓷的性能与应用 李　缨1　黄凤萍2　梁振海1 (1咸阳陶瓷研究设计院　陕西咸阳　712000)　(2陕西科技大学化工学院　西安　710021) 摘　要　详细的介绍了碳化硅原料的生产,碳化硅陶瓷的抗氧化、耐酸碱等化学性能,微观结构、色泽、热膨胀和导热系数、硬度、韧性等物理性能。并阐述了3种常用碳化硅陶瓷的致密化技术以及碳化硅在耐火材料、军事、航空航天、钢铁、电气和电工等工业部门的应用以及优越的性能和未来的应用前景。 关键词　碳化硅　陶瓷　性能　应用 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. 045的硅与29.955的碳,碳化硅的密度为3.16～3.2g 。由于碳化硅陶瓷具有诸多优异的性能,近年来被广泛应用于航空航天、机械工业、电子等各个领域,市场前景广阔,因此,研究其性能与应用具有十分重要的意义。 1　碳化硅粉体的制备 碳化硅粉体的制备方法较多,有最古老的阿奇逊合成法(Acheson),也有近十几年发展起来的激光法和有机前驱体法,以下介绍的是典型的Acheson碳化硅合成方法[1]。 该方法是采用碳热还原过程将SiO2与C反应生成SiC,反应式如下: SiO2+3C SiC+2C O 二氧化硅原料的可选用熔融石英砂或破碎过的石英岩,碳可用石墨、石油焦或无灰无烟煤制取,加入NaCl和木屑作为添加剂,一般在2000～2400℃的电弧炉中反应合成。 整个反应炉由可移动的耐火砖组成,长10～20m,宽与高3～4m,可容纳400t石墨电极,放在两端,通电后产生高温。由于反应过程中整个电弧炉很大,温度场的分布不均匀,中心温度远高于炉壁温度,因此造成在碳化硅的合成炉生成带中产物的不均匀,并常有不纯物质,核芯部位的产物是纯的绿色碳化硅,向外杂质较多,一般杂质为铁、铝、碳等,因此颜色呈黑色。此方法生产的SiC再经分拣与粉碎后分级成不同粒径的颗粒。根据颜色与纯度来区别,则可分为绿色SiC与黑色SiC。根据颗粒大小来分,又可分为不同细度颗粒的碳化硅。采用该方法生产的也可称为高温法碳化硅,它的相为α-SiC。用此方法生产的碳化硅如果要用到陶瓷生产中,还需经过粉碎与提纯处理,达到所需的纯度与粒度后方能使用。 2　碳化硅的化学性质 碳化硅的化学稳定性与其氧化特性有密切关系[2]。碳化硅本身很容易氧化,但它氧化之后形成了一层二氧化硅薄膜,氧化进程逐步被阻碍。在空气中,碳化硅于800℃时就开始氧化,但很缓慢;随着温度升高,则氧化速度急速加快。碳化硅的氧化速率,在氧气中比在空气中快1.6倍;氧化速率的速度随着时间推移而减慢。如果以时间推移对氧化的数量描图,可以得到典型的抛物线图形.这反映出二氧化硅保护层对碳化硅氧化速率的阻碍作用。 氧化时,若同时存在着能将二氧化硅薄膜移去或使之破裂的物质,则碳化硅就易被进一步氧化。例如:铁、锰等金属有几种化合价,其氧化物能将碳化硅氧化,并且又能与二氧化硅生成低熔点化合物,能侵蚀碳化硅。例如,FeO在1300℃、MnO在1360℃能侵蚀碳化硅;而Ca O、MgO在1000℃就能侵蚀碳化硅。

陶瓷材料的分类及性能

陶瓷材料的力学性能 高分子091 项淼学号17 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料 之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键 高分子：共价键（主价键）+范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。 普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能： 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 ※玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 ※陶瓷—普通陶瓷--日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔…… 特种陶瓷--电容器，压电，磁性，电光，高温…… 金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工…… ※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷… 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合） 普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料） 特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢207000MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。

碳化硅陶瓷烧结工艺__碳化硅陶瓷烧结特点

碳化硅陶瓷烧结工艺__碳化硅陶瓷烧结特点 碳化硅陶瓷为什么会应用越来越广泛了呢？碳化硅陶瓷材料具有高温强度大，高温抗氧化性强，耐磨损性能好，热稳定性，热彭胀系数小，热导率大，硬度高，抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。在汽车、机械化工、环境保护、空间技术、信息电子、能源等领域有着日益广泛的应用，已经成为一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的结构陶瓷。 【碳化硅陶瓷烧结工艺】 无压烧结。 无压烧结被认为是SiC烧结有前途的烧结方法，根据烧结机理的不同，无压烧结又可分为固相烧结和液相烧结。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。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3为添加剂在1850-1950℃烧结0.5μm的β-SiC(颗粒表面含有少量SiO2)，获得的SiC陶瓷相对密度大于理论密

度的95，并且晶粒细小，平均尺寸为1.5μm。 热压烧结。 Nadeau指出，不添加任何烧结助剂，纯SiC只有在极高的温度下才能烧结致密，于是不少人对SiC 实行热压烧结工艺。关于添加烧结助剂对SiC进行热压烧结的报道已有许多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金属添加物对SiC致密化的影响，发现Al和Fe是促进SiC热压烧结有效的添加剂。https://www.sodocs.net/doc/811241441.html,nge研究了添加不同量Al2O3对热压烧结SiC的性能影响，认为热压烧结致密是靠溶解--再沉淀机理。但是热压烧结工艺只能制备形状简单的SiC部件，而且一次热压烧结过程中所制备的产品数量很小，因此不利于工业化生产。 热等静压烧结。 为了克服传统烧结工艺存在的缺陷，Duna以B和C为添加剂，采用热等静压烧结工艺，在1900℃便获得了密度大于98、室温抗弯强度高达600MPa左右的细晶SiC陶瓷。尽管热等静压烧结可获得形状复杂的致密SiC制品，并且制品具有较好的力学性能，但是HIP烧结须对素坯进行包封，所以很难实现工业化生产。