1、無壓燒結

 

1974年美國GE公司通過在高純度β－SiC細粉中同時加入少量的B和C，采用無壓燒結工藝，于2020℃成功地獲得高密度SiC陶瓷。目前，該工藝已成為制備SiC陶瓷的主要方法。

 

最近，有研究者在亞微米SiC粉料中加入Al2O3和Y2O3，在1850℃～2000℃溫度下實現(xiàn)SiC的致密燒結。由于燒結溫度低而具有明顯細化的微觀結構，因而，其強度和韌性大大改善。

 

2、熱壓燒結

 

50年代中期，美國Norton公司就開始研究B、Ni、Cr、Fe、Al等金屬添加物對SiC熱壓燒結的影響。實驗表明：Al和Fe是促進SiC熱壓致密化的最有效的添加劑。有研究者以Al2O3為添加劑，通過熱壓燒結工藝，也實現(xiàn)了SiC的致密化，并認為其機理是液相燒結。此外，還有研究者分別以B4C、B或B與C，Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C與C作添加劑，采用熱壓燒結，也都獲得了致密SiC陶瓷。

 

3、熱等靜壓燒結

 

近年來，為進一步提高SiC陶瓷的力學性能，研究人員進行了SiC陶瓷的熱等靜壓工藝的研究工作。研究人員以B和C為添加劑，采用熱等靜壓燒結工藝，在1900℃便獲得高密度SiC燒結體。更進一步，通過該工藝，在2000℃和138MPa壓力下，成功實現(xiàn)無添加劑SiC陶瓷的致密燒結。研究表明：當SiC粉末的粒徑小于0．6μm時，即使不引入任何添加劑，通過熱等靜壓燒結，在1950℃即可使其致密化。

 

4、反應燒結

 

SiC的反應燒結法最早在美國研究成功。反應燒結的工藝過程為：先將α－SiC粉和石墨粉按比例混勻，經干壓、擠壓或注漿等方法制成多孔坯體。在高溫下與液態(tài)Si接觸，坯體中的C與滲入的Si反應，生成β－SiC，并與α－SiC相結合，過量的Si填充于氣孔，從而得到無孔致密的反應燒結體。反應燒結SiC通常含有8％的游離Si。因此，為保證滲Si的完全，素坯應具有足夠的孔隙度。一般通過調整最初混合料中α－SiC和C的含量，α－SiC的粒度級配，C的形狀和粒度以及成型壓力等手段來獲得適當的素坯密度。

 

綜述：實驗表明，采用無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結和反應燒結的SiC陶瓷具有各異的性能特點。假如就燒結密度和抗彎強度來說，熱壓燒結和熱等靜壓燒結SiC陶瓷相對較高，反應燒結SiC相對較低。另一方面，SiC陶瓷的力學性能還隨燒結添加劑的不同而不同。無壓燒結、熱壓燒結和反應燒結SiC陶瓷對強酸、強堿具有良好的抵抗力，但反應燒結SiC陶瓷對HF等超強酸的抗蝕性較差。就耐高溫性能比較來看，當溫度低于900℃時，幾乎所有SiC陶瓷強度均有所提高；當溫度超過1400℃時，反應燒結SiC陶瓷抗彎強度急劇下降。（這是由于燒結體中含有一定量的游離Si，當超過一定溫度抗彎強度急劇下降所致）對于無壓燒結和熱等靜壓燒結的SiC陶瓷，其耐高溫性能主要受添加劑種類的影響。

 

碳化硅陶瓷的應用

 

由于碳化硅陶瓷所具有的高硬度、高耐腐蝕性以及較高的高溫強度，使得碳化硅陶瓷得到了廣泛的應用。主要有以下幾個方面：

 

密封環(huán)：碳化硅陶瓷的耐化學腐蝕性好、強度高、硬度高，耐磨性能好、摩擦系數小，且耐高溫，因而是制造密封環(huán)的理想材料。它與石墨材料組合配對時，其摩擦系數比氧化鋁陶瓷和硬質合金小，因而可用于高PV值，特別是輸送強酸、強堿的工況中使用。

 

研磨介質：碳化硅陶瓷由于其高硬度的特點而廣泛用于耐磨機械零件中，特別是球磨機中的研磨介質（磨介）。球磨機中所用的磨介對研磨效率有著重要的影響，其基本要求是硬度高、韌性好，以保證研磨效率高、摻雜少的要求。

 

防彈板：碳化硅陶瓷由于硬度高、比重小、彈道性能較好、價格較低，而廣泛用于防彈裝甲中，如車輛、艦船的防護以及民用保險柜、運鈔車的防護中。碳化硅陶瓷的彈道性能優(yōu)于氧化鋁陶瓷，約為碳化硼陶瓷的70-80%，但由于價格較低，特別適合用于用量大，且防護裝甲不能過厚、過重的場合。

 

噴嘴：作噴嘴的陶瓷材料有多種，常用的是氧化鋁、碳化硅和碳化硼陶瓷等。氧化鋁陶瓷噴嘴的價格低，但由于硬度低，其耐磨性較差，多用于噴砂工作量不大的場合。碳化硅陶瓷的使用壽命是氧化鋁陶瓷的３－５倍，與硬質合金相當，多用于硬質合金的替代品，特別是在手持噴***的工況中使用。

 

磁力泵泵件：隨著工業(yè)化的發(fā)展，特別是ISO14000國際標準的貫徹執(zhí)行，對不利于環(huán)境保護液體的輸運提出了更高的要求。磁力泵由于采用靜密封代替機械密封、填料密封等動密封，因而泄漏更小、可靠性更高、使用壽命更長。

 

高溫耐蝕部件：碳化硅陶瓷最重要的特性之一是它的高溫強度，即在1600oC時強度基本不降低，且抗氧化性能非常好，因而可在高溫結構件中使用。如高溫爐的頂板、支架，以及高溫實驗用的卡具等。

 

小結：SiC陶瓷在許多工業(yè)領域中的應用顯示了優(yōu)良的性能，因而引起了人們的普遍重視。在無機非金屬材料領域中SiC陶瓷是一個很大的家族，其觸角幾乎伸遍了所有的工業(yè)領域。但是由于SiC陶瓷的難燒結性，因而它的制作工藝和生產都較昂貴，降低SiC陶瓷的燒成溫度和尋找新的廉價的生產工藝仍是材料工作者的研究重點。同時挖掘和開發(fā)SiC陶瓷（粉末）的所有優(yōu)點造福于人類也是我們工作的重點。SiC陶瓷有它廣闊的發(fā)展和應用前景。