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碳化硅陶瓷的四種燒結工藝介紹
添加時間:2020-06-06
碳化硅陶瓷材料具有高溫強度大,高溫抗氧化性強,耐磨損性能好,熱穩定性,熱彭脹系數小,熱導率大,硬度高,抗熱震和耐化學腐蝕等優良特性。在汽車、機械化工、環境保護、空間技術、信息電子、能源等領域有著日益廣泛的應用,已經成為一種在很多工業領域性能優異的其他材料不可替代的結構陶瓷。本文將對碳化硅陶瓷的四種燒結工藝介紹。
第一種:無壓燒結。被認為是SiC燒結最有前途的燒結方法,根據燒結機理的不同,無壓燒結又可分為固相燒結和液相燒結。S.Proehazka通過在超細β-SiC粉體(含氧量小于2%)中同時加入適量B和C的方法,在2020℃下常壓燒結成密度高于98%的SiC燒結體。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3為添加劑在1850-1950℃燒結0.5μm的β-SiC(顆粒表面含有少量SiO2),獲得的SiC陶瓷相對密度大于理論密度的95%,并且晶粒細小,平均尺寸為1.5μm。
第二種:熱壓燒結。不添加任何燒結助劑,純SiC只有在極高的溫度下才能燒結致密,于是不少人對SiC實行熱壓燒結工藝。關于添加燒結助劑對SiC進行熱壓燒結的報道已有許多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金屬添加物對SiC致密化的影響,發現Al和Fe是促進SiC熱壓燒結最有效的添加劑。F.F.Lange研究了添加不同量Al2O3對熱壓燒結SiC的性能影響,認為熱壓燒結致密是靠溶解--再沉淀機理。但是熱壓燒結工藝只能制備形狀簡單的SiC部件,而且一次熱壓燒結過程中所制備的產品數量很小,因此不利于工業化生產。
第三種:熱等靜壓燒結。為了克服傳統燒結工藝存在的缺陷,Duna以B和C為添加劑,采用熱等靜壓燒結工藝,在1900℃便獲得了密度大于98%、室溫抗彎強度高達600MPa左右的細晶SiC陶瓷。盡管熱等靜壓燒結可獲得形狀復雜的致密SiC制品,并且制品具有較好的力學性能,但是HIP燒結必須對素坯進行包封,所以很難實現工業化生產。
第四種:反應燒結。反應燒結S iC又稱自結合SiC,是通過多孔坯件同氣相或液相發生化學反應,使坯件質量增加,孔隙減小,并燒結成具有一定強度和尺寸精度的成品的工藝。是由α—SiC粉和石墨按一定比例混臺成坯體后,并加熱到1650 ℃左右,同時熔滲 Si或通過氣相Si滲入坯體,使之與石墨起反應生成β—SiC,把原先存在的α—SiC顆粒結合起來。 如果滲Si完全,就可得到完全致密、無尺寸收縮的反應燒結體。同其它燒結工藝比較,反應燒結在致密過程中的尺寸變化小,可以制造尺寸精確的制品,但燒結體中相當數量SiC的存在,使得反應燒結的SiC陶瓷高溫性能較差。
碳化硅陶瓷的4種燒結方式各有千秋,但是在科技發展如此迅速的今天,迫切需要提高SiC陶瓷的性能,不斷改進制造技術,降低生產成本,實現SiC陶瓷的低溫燒結。以達到降低能耗,降低生產成本,推動SiC陶瓷產品產業化的目的。以上就是對碳化硅陶瓷的四種燒結工藝介紹。
第一種:無壓燒結。被認為是SiC燒結最有前途的燒結方法,根據燒結機理的不同,無壓燒結又可分為固相燒結和液相燒結。S.Proehazka通過在超細β-SiC粉體(含氧量小于2%)中同時加入適量B和C的方法,在2020℃下常壓燒結成密度高于98%的SiC燒結體。A.Mulla等以Al2O3和Y2O3為添加劑在1850-1950℃燒結0.5μm的β-SiC(顆粒表面含有少量SiO2),獲得的SiC陶瓷相對密度大于理論密度的95%,并且晶粒細小,平均尺寸為1.5μm。
第二種:熱壓燒結。不添加任何燒結助劑,純SiC只有在極高的溫度下才能燒結致密,于是不少人對SiC實行熱壓燒結工藝。關于添加燒結助劑對SiC進行熱壓燒結的報道已有許多。Alliegro等研究了B、Al、Ni、Fe、Cr等金屬添加物對SiC致密化的影響,發現Al和Fe是促進SiC熱壓燒結最有效的添加劑。F.F.Lange研究了添加不同量Al2O3對熱壓燒結SiC的性能影響,認為熱壓燒結致密是靠溶解--再沉淀機理。但是熱壓燒結工藝只能制備形狀簡單的SiC部件,而且一次熱壓燒結過程中所制備的產品數量很小,因此不利于工業化生產。
第三種:熱等靜壓燒結。為了克服傳統燒結工藝存在的缺陷,Duna以B和C為添加劑,采用熱等靜壓燒結工藝,在1900℃便獲得了密度大于98%、室溫抗彎強度高達600MPa左右的細晶SiC陶瓷。盡管熱等靜壓燒結可獲得形狀復雜的致密SiC制品,并且制品具有較好的力學性能,但是HIP燒結必須對素坯進行包封,所以很難實現工業化生產。
第四種:反應燒結。反應燒結S iC又稱自結合SiC,是通過多孔坯件同氣相或液相發生化學反應,使坯件質量增加,孔隙減小,并燒結成具有一定強度和尺寸精度的成品的工藝。是由α—SiC粉和石墨按一定比例混臺成坯體后,并加熱到1650 ℃左右,同時熔滲 Si或通過氣相Si滲入坯體,使之與石墨起反應生成β—SiC,把原先存在的α—SiC顆粒結合起來。 如果滲Si完全,就可得到完全致密、無尺寸收縮的反應燒結體。同其它燒結工藝比較,反應燒結在致密過程中的尺寸變化小,可以制造尺寸精確的制品,但燒結體中相當數量SiC的存在,使得反應燒結的SiC陶瓷高溫性能較差。
碳化硅陶瓷的4種燒結方式各有千秋,但是在科技發展如此迅速的今天,迫切需要提高SiC陶瓷的性能,不斷改進制造技術,降低生產成本,實現SiC陶瓷的低溫燒結。以達到降低能耗,降低生產成本,推動SiC陶瓷產品產業化的目的。以上就是對碳化硅陶瓷的四種燒結工藝介紹。
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