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碳化矽基本特性及碳化矽陶瓷燒結工藝

      碳化矽陶瓷材料具有高溫強度大、高溫抗氧化性強、耐磨損性能好、熱穩定性佳 、熱膨脹係數小、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


     現代國防、核能和空間技術以及汽車工業、海洋工程碳化矽爐膛的迅速發展, 對火箭燃燒室內襯、飛機渦輪發動機葉片、核反應堆結構部件、高速氣動軸承和機械密封零件等材料的要求愈來愈高, 迫切需要開發各種新型高性能結構材料 SiC陶瓷在石油化學工業不粘鋁澆注料中已被廣泛地用作各種耐腐蝕用容器及管道在機械工業中已被成功地用作各種軸承、切削刀具和機械密封部件在航天和汽車工業中也被認為是未來製造燃氣輪機、火箭噴嘴和發動機部件的最有希望的候選材料


      1、碳化矽的基本特性


    化學屬性


     抗化合性碳化矽材料在氧氣中反應溫度達到1300℃時♤在其碳化矽晶體表層已經生成二氧化矽保護層隨著保護層的加厚♤抵製了裏麵碳化矽繼續被化合♤這使碳化矽有較好的抗化合性當氣溫達到1900K(1627℃)以上時♤二氧化矽保護膜已經被破壞♤碳化矽化合效應加重♤從而1900K是碳化矽在氧化劑氛圍下的最高工作氣溫


      耐酸堿性在耐酸、堿及化合物的效用方麵♤因為二氧化矽保護膜的效用♤碳化矽的抗酸能力非常非常強♤抗堿性稍差


   物理性能


     密度各樣碳化矽晶形的顆粒密度十分相近♤通常情況下♤應該是3.20 g/mm³♤其碳化矽磨料的堆砌密度在1.2--1.6 g/mm³之間♤其高矮取決於其粒度號、粒度合成和顆粒形狀的大小


     硬度 碳化矽的硬度為莫氏9.5級單晶矽的硬度為莫氏7級多晶矽的硬度為莫氏7級都是硬度相對較高的物料努普硬度為2670—2815公斤/毫米♤在磨料中高於剛玉而僅次於金剛石、立方氮化硼和碳化硼


     導熱率碳化矽製品的導熱率非常高♤熱膨脹參數小♤抗熱震性非常高♤是優質的耐火材料


      電學屬性


     恒溫下工業碳化矽是一種半導體♤屬雜質導電性高純度碳化矽隨著氣溫的升高內阻率降低♤含雜質碳化矽按照其含雜質不一樣♤導電性能也不一樣


     其它屬性

     親水性好

      眾所周知, SiC是共價鍵很強的化合物按照Pauling對電負性的計算, SiC 中Si一C鍵的離子性僅12%左右因此,SiC 的硬度高、彈性模量大, 具有優良的耐磨損性能值得指出的是, SiC氧化時, 表麵形成的二氧化矽層會抑製氧的進一步擴散, 因而, 其氧化速率並不高在電性能方麵, SiC具有半導體特性, 少量雜質的引入會使其表現出良好的導電性此外,SiC 還具有優良的導熱性


     2、碳化矽粉末的合成方法


     SiC是在隕石中發現的♤在地球上幾乎不存在♤因此♤工業上應用的SiC粉末都是人工合成的目前♤合成SiC粉末的方法主要有Acheson法、直接化合法、熱分解法和氣相反應法等其中在實際工業生產中♤最為普及的還是Acheson法


      Acheson法簡介


     Acheson法是工業采用最多的合成方法α-SiC粉末的方法♤即用電加熱的方法將石英砂和焦炭的混合物加熱到2500℃左右的高溫使其發生反應

     SiO2 (s) + 3C(s) →α-SiC(s)+ 2CO(g)  


     在工業生產中, 用於合成的石英砂和焦炭通常含有Al和Fe等金屬雜質, 因此, 所得到的SiC一般都固溶有少量的雜質其中, 雜質含量少的呈綠色,被稱為綠色碳化矽;雜質含量多的呈黑色, 被稱為黑色碳化矽


     3、碳化矽陶瓷的燒結工藝


     目前♤製備高密度SiC陶瓷的方法主要有無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結和反應燒結等通過無壓燒結工藝可以製備出複雜形狀和大尺寸的SiC部件♤因此♤被認為是SiC陶瓷的最有的前途的燒結方法采用熱壓燒結工藝隻能製備簡單形狀的SiC部件♤而且一次熱燒結過程所製備的產品數量很小♤因而♤不利於商業化生產盡管熱等靜壓工藝可以獲得複雜形狀的SiC製品♤但必須對素坯進行包封♤所以♤也很難實現工業化生產通過反應燒結工藝可以製備出複雜形狀的SiC部件♤而且其燒結溫度較低♤但是♤反應燒結SiC陶瓷的高溫性能較差顯然♤SiC陶瓷的性能因燒結法的不同而不同一般來說♤無壓燒結SiC陶瓷的綜合性能優於反應燒結的SiC♤但遜色於熱壓燒結和熱等靜壓燒結的SiC


     近年來, 隨著SiC陶瓷製造技術的不斷改進, 其性能不斷提高, 應用範圍也越來越廣目前, SiC陶瓷已在石油、化工、機械、微電子、汽車、航空航天、鋼鐵、造紙、激光、核能及加工等工業領域獲得大量應用, 並日益展示出其它結構陶瓷所無法比擬的優點今後, 隨著SiC陶瓷製造技術的不斷進步, 其用途無疑會越來越廣可以預計, 在不久的將來, 一個以高溫機械部件為最終目標的SiC陶瓷市場需求量一定會越來越大





作者長興華晨耐火材料廠

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關鍵詞碳化矽爐膛不粘鋁澆注料

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