你好,碳化硅陶瓷的烧结
1、无压烧结
1974年美国GE公司通过在高纯度β-SiC细粉中同时加入少量的B和C,采用无压烧结工艺,于2020℃成功地获得高密度SiC陶瓷。目前,该工艺已成为制备SiC陶瓷的主要方法。美国GE公司研究者认为:晶界能与表面能之比小于1.732是致密化的热力学条件,当同时添加B和C后,B固溶到SiC中,使晶界能降低,C把SiC粒子表面的SiO2还原除去,提高表面能,因此B和C的添加为SiC的致密化创造了热力学方面的有利条件。然而,日本研究人员却认为SiC的致密并不存在热力学方面的限制。还有学者认为,SiC的致密化机理可能是液相烧结,他们发现:在同时添加B和C的β-SiC烧结体中,有富B的液相存在于晶界处。关于无压烧结机理,目前尚无定论。
以α-SiC为原料,同时添加B和C,也同样可实现SiC的致密烧结。
研究表明:单独使用B和C作添加剂,无助于SiC陶瓷充分致密。只有同时添加B和C时,才能实现SiC陶瓷的高密度化。为了SiC的致密烧结,SiC粉料的比表面积应在10m2/g以上,且氧含量尽可能低。B的添加量在0.5%左右,C的添加量取决于SiC原料中氧含量高低,通常C的添加量与SiC粉料中的氧含量成正比。
最近,有研究者在亚微米SiC粉料中加入Al2O3和Y2O3,在1850℃~2000℃温度下实现SiC的致密烧结。由于烧结温度低而具有明显细化的微观结构,因而,其强度和韧性大大改善。
2、热压烧结
50年代中期,美国Norton公司就开始研究B、Ni、Cr、Fe、Al等金属添加物对SiC热压烧结的影响。实验表明:Al和Fe是促进SiC热压致密化的最有效的添加剂。
有研究者以Al2O3为添加剂,通过热压烧结工艺,也实现了SiC的致密化,并认为其机理是液相烧结。此外,还有研究者分别以B4C、B或B与C,Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C与C作添加剂,采用热压烧结,也都获得了致密SiC陶瓷。
研究表明:烧结体的显微结构以及力学、热学等性能会因添加剂的种类不同而异。如:当采用B或B的化合物为添加剂,热压SiC的晶粒尺寸较小,但强度高。当选用Be作添加剂,热压SiC陶瓷具有较高的导热系数。
3、热等静压烧结:
近年来,为进一步提高SiC陶瓷的力学性能,研究人员进行了SiC陶瓷的热等静压工艺的研究工作。研究人员以B和C为添加剂,采用热等静压烧结工艺,在1900℃便获得高密度SiC烧结体。更进一步,通过该工艺,在2000℃和138MPa压力下,成功实现无添加剂SiC陶瓷的致密烧结。
研究表明:当SiC粉末的粒径小于0.6μm时,即使不引入任何添加剂,通过热等静压烧结,在1950℃即可使其致密化。如选用比表面积为24m2/g的SiC超细粉,采用热等静压烧结工艺,在1850℃便可获得高致密度的无添加剂SiC陶瓷。
你好, 目前,制备高密度SiC陶瓷的方法主要有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结等。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,因此,被认为是SiC陶瓷的最有的前途的烧结方法。采用热压烧结工艺只能制备简单形状的SiC部件,而且一次热烧结过程所制备的产品数量很小,因而,不利于商业化生产。尽管热等静压工艺可以获得复杂形状的SiC制品,但必须对素坯进行包封,所以,也很难实现工业化生产。通过反应烧结工艺可以制备出复杂形状的SiC部件,而且其烧结温度较低,但是,反应烧结SiC陶瓷的高温性能较差。表1给出了无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结中SiC陶瓷的某些性能。显然,SiC陶瓷的性能因烧结法的不同而不同。一般来说,无压烧结SiC陶瓷的综合性能优于反应烧结的SiC,但逊色于热压烧结和热等静压烧结的SiC。
碳化硅陶瓷烧结工艺:1. 碳化硅陶瓷用碳化硅粉,用粉末冶金法经反应烧结或热压烧结工艺制成。碳化硅陶瓷最大特点高温强度大、热稳定性好、耐磨抗蠕变性好。2.适用于浇注金属用喉嘴、热电偶套管、燃气轮机叶片、轴承等零件。同时由于它热传导能力高。