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碳化硅陶瓷都有哪些類型
碳化硅陶瓷具有強(qiáng)度高,導(dǎo)熱系數(shù)大、抗震性好、抗氧化、耐磨損、抗侵蝕等優(yōu)良的高溫性能,是一種優(yōu)質(zhì)陶瓷材料。在冶金、能源、化工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。起初的碳化硅陶瓷材料以粘土、 SiO2 、硅酸鹽、莫來石等為結(jié)合劑,隨著高科技手段的應(yīng)用,新型碳化硅制品得到廣泛開發(fā)。如:氮化硅結(jié)合碳化硅、氮氧化硅結(jié)合碳化硅、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅、重結(jié)晶碳化硅、滲硅法碳化硅等碳化硅材料。
由于碳化硅陶瓷結(jié)合材料的不同,其性能、使用條件及壽命有很大區(qū)別,現(xiàn)將各種類型的碳化硅陶瓷材料分別介紹如下:
一、不同結(jié)合相的碳化硅陶瓷
1、粘土結(jié)合相
粘土結(jié)合相制品,是最普遍,價格***、工藝最簡單的一種。目前,在我國陶瓷行業(yè)中,粘土結(jié)合碳化硅窯具有較大的用量。
由于粘土中的鋁、氧和碳化硅反應(yīng),在1120~1150℃進(jìn)行,制品的耐火度低、抗氧化性能不強(qiáng),應(yīng)用領(lǐng)域受到一定***。制品中粘土量一般不超過15%,配料中的細(xì)粉量不宜過大,否則易氧化。碳化硅含量在50%~93%間。一般用來制造匣缽、墊餅和隔焰板等。
2、 SiO2結(jié)合相
在碳化硅中加入10%左右的 SiO2(微粉),借助燒成過程在碳化硅顆粒表面氧化生成 SiO2薄膜,將碳化硅顆粒結(jié)合起來。因其原料純度高,雜質(zhì)量少,因此它的高溫性能比粘土結(jié)合制品優(yōu)良的多,但該制品的性能也受到成型工藝的影響。可在1200℃以上高氧氣氛中使用。一般用來制作棚板和支柱等。
3、莫來石結(jié)合碳化硅
以莫來石(5%~8%)和碳化硅為原料,以紙漿或糊精作為結(jié)合劑,成型后經(jīng)1380℃燒成,使莫來石與碳化硅牢固結(jié)合。該制品比粘土結(jié)合碳化硅、 SiO2結(jié)合碳化硅制品的性能優(yōu)良,抗熱震、抗氧化性能好。目前,在我國陶瓷窯爐中應(yīng)用逐漸增多。
4、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅
在碳化硅中加入金屬硅粉和碳(石墨、碳黑等),在1450℃埋碳燒成,使硅粉與碳反應(yīng)生成低溫型β- SiC ,將原碳化硅顆粒結(jié)合起來。另一種方法:由碳與金屬硅直接反應(yīng)生成碳化硅制品,即用碳或碳與碳化硅成型,埋硅燒成。兩方法均可制成性能良好的碳化硅制品。由于制品中一般含有游離硅8%~15%及少量游離碳,使其使用溫度低于1400℃以下。其導(dǎo)熱系數(shù)、耐沖擊性良好,但強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性差。反應(yīng)燒結(jié)碳化硅制品在燒結(jié)前后尺寸幾乎不變,因此,成型后可加工成任意形狀和尺寸,尤適合大規(guī)模、復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。
5、氮化硅結(jié)合碳化硅
氮化硅的高溫性能優(yōu)良,可以用作碳化硅制品的結(jié)合劑,氮化硅結(jié)合碳化硅制品是近20年來發(fā)展起來的一種高科技碳化硅陶瓷材料。它的制作工藝是:在碳化硅顆?;旌衔镏?,加入15%~25%的細(xì)硅粉,在氮化爐中通入高純氮?dú)?,以一定的溫度和壓力制度氮化反?yīng)燒結(jié),硅和氮生成α- Si3N4和β- Si3N4,把堅硬的碳化硅結(jié)合起來,形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此,氮化硅結(jié)合碳化硅制品具有良好的物化性能、高溫性能,使用溫度達(dá)1500℃,在磨具、冶金和日用、電子陶瓷等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。作為窯具有著廣闊前景。
6、氮氧化硅結(jié)合碳化硅
它的性能接近氮化硅結(jié)合碳化硅制品,其抗氧化性能更優(yōu)異。生產(chǎn)方法是:將碳化硅、二氧化硅、粘土以及添加物制成生坯,埋碳或通入氮?dú)庠诓煌瑴囟群蛪毫χ贫认聼?,反?yīng)生成的板橋狀氮氧化硅分布于碳化硅顆粒周圍,將其緊密結(jié)合,使碳化硅保持優(yōu)良的抗氧化能力。
7 、重結(jié)晶碳化硅陶瓷
經(jīng)凈化處理的碳化硅微粉和超微粉,混入一定量的結(jié)合劑,成型后在2200~2400℃燒成。碳化硅顆粒之間再結(jié)晶,而直接結(jié)合,碳化硅含量達(dá)99%。較以上各種結(jié)合相碳化硅制品,重結(jié)晶碳化硅制品,具有更高的熱態(tài)機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱率、耐熱震性及抗氧化性,是一種優(yōu)質(zhì)的碳化硅陶瓷。美國于30年代末期研制成功重結(jié)晶碳化硅制品。幾十年來,美、德、英都有大量生產(chǎn)。我國在此方面的研究亦取得很大進(jìn)展,已進(jìn)行批量生產(chǎn)。
8 、滲硅法碳化硅陶瓷
滲硅法碳化硅制品是在重結(jié)晶碳化硅制品基礎(chǔ)上進(jìn)行液相或氣相滲硅,使重結(jié)晶碳化硅的氣孔由硅填充,生成更致密的SiSiC,性能更加優(yōu)良。目前我國正進(jìn)行SiSiC工藝和性能方面的研究,已有小批量生產(chǎn)。
總之,碳化硅陶瓷優(yōu)異的性能,已為人們所認(rèn)識,得到廣泛應(yīng)用。目前,高性能的碳化硅陶瓷還處于研制開發(fā)階段,從發(fā)揮碳化硅的優(yōu)良性能,降低成本的目的出發(fā),充分掌握材料組成、顯微結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系,是日后進(jìn)行生產(chǎn)的保證,隨著研究不斷深入,其應(yīng)用領(lǐng)域還將逐步拓展,市場前景極其廣闊。
SiC 陶瓷在石油、化工、微電子、汽車、***、航空、造紙、激光、礦業(yè)及原子能等工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
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