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《碳化硅泡沫陶瓷现状与研究进展(学报)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、碳化硅泡沫陶瓷的现状与研究进展赵子鹏摘要：本文主要介绍了碳化硅泡沫陶瓷国内外研究现状。分别从碳化硅泡沫陶瓷的粉料、碳化硅粉的制备、碳化硅泡沫陶瓷的配料、成型工艺、烧成制度及国内外碳化硅泡沫陶瓷性能等各个方面对其进行介绍，并展望了碳化硅泡沫陶瓷的发展方向。关键词：碳化硅泡沫陶瓷制备性能1引言泡沫陶瓷是20世纪70年代发展起来的一种新型陶瓷材料。它体积密度很小，开口气孔率很高，具有三维网络结构。具有透过性好，比表面积大，密度小，耐高温及耐腐蚀性强等优点，而被广泛地应用于熔融金属过滤、催化剂载体、汽车尾气净化和吸音降噪等传统领域以及传感器、生物
2、材料等新兴领域[1-6]。尤其在钢铁生产过程中有非常重要的作用。泡沫陶瓷用于钢铁生产的金属液过滤环节，工业生产中常选用碳化硅过滤陶瓷作为钢铁生产中的过滤材料，它不仅可滤去金属液中大部分小至数微米的微小固体悬浮夹杂物，还可滤去液态的熔渣和气体，并且对金属液的流速有减缓作用，能大大改善铸件的显微组织和力学性能，使铸件的质量提高，致密性变好，降低废品率，减少铸件切削加工时刀具的磨损[7]。2碳化硅泡沫陶瓷制备工艺2碳化硅粉体的制备工艺目前，国内外生产用于金属过滤器的泡沫陶瓷材料主要集中在Al2O3、堇青石、莫来石和SiC等几种原料。SiC材料由
3、于具有优良的高温性能、高的热导率、良好的抗热震性能和化学稳定性成为制造用于过滤高温铸铁铁水和钢水的首选材料。碳化硅是人造的强共价键的非氧化物陶瓷材料,19世纪初首先Berzeliuss合成,其工艺上的重要性经美国化学家Acheson揭示后于1893年被承认。高性能SiC材料(如β-SiC粉末、SiC晶须及复合材料)具有高技术、高附加值的特点,超细粉SiC就以其高温强度,高热导率,高耐磨性和耐腐蚀性在航天、汽车、机械、电子、化工等领域得到广泛应用,因此SiC的生产成为人们极为关注的问题。2.1机械粉碎法该法是通过无外部热能供给的高能球磨过程
4、制备纳米粉体。可以使用球磨机、振动磨、行星磨、砂磨、流能磨等机械。传统的球磨机应用较早,设备稳定性较好,但效率低,粉磨后粉体粒径分布范围宽,增加了分级难度。有人用砂磨法在一定工艺条件下,将平均粒径为7.3μm的高纯SiC粗粉砂磨粉碎18h后,得到了平均粒径为0.47μm、粉体尺寸分布窄、氧质量分数小于1.5%的超细粉,同时避免了传统球磨、酸洗工艺对环境的污染，另外,经过充分研磨的颗粒之间也可以直接发生化合反应得到粉体,有人采用MAS法制得纳米结构的SiC,并且合成温度低、反应时间缩短。2.2人工合成法该法是将几种物质在一定条件下使之发生化
5、学反应,再从产物中得到纳米粉体。按初始原料的物态又可分为固相法,如碳热还原法、Si与C直接反应法等;液相法,如溶胶—凝胶法、聚合物热分解法等;气相法,如化学气相沉积法、等离子体法、激光诱导法等。2.2.1碳热还原法该法首先由Acheson发明,是在Acheson电炉中,石英砂中的二氧化硅被碳所还原制得SiC,实质是高温强电场作用下的的电化学反应,得到的SiC颗粒较粗。SiO2(s)+3C(s)→SiC(β)+2CO(g)随着微波与固体中的化学物质有效而特殊的耦合作用逐渐被弄清楚,微波加热合成粉体技术也日趋成熟。戴长虹等以自制的树脂热解碳和
6、高纯的SiO2纳米粉作原料,用微波炉作热源,在较低温度、极短时间内得到粒度在50-80nm,纯度高达98%的SiC粉。2.2.2C与Si直接反应法该法是对自蔓延高温合成法(SHS)的应用,是以外加热源点燃反应物坯体,利用材料在合成过程中放出的化学反应热来自行维持合成过程。除引燃外无需外部热源,具有耗能少、设备工艺简单、生产率高的优点;其缺点是自发反应难以控制。2.2.3溶胶-凝胶法(sol-gel法)该法以液体化学试剂配制成Si的醇盐前驱体,将它在低温下溶于溶剂形成均匀的溶液,加入适当凝固剂使醇盐发生水解、聚合反应后生成均匀而稳定的溶胶体
7、系,再经过长时间放置或干燥处理,浓缩成Si和C在分子水平上的混合物或聚合物,继续加热形成混合均匀且粒径细小的SiO2和C的两相混合物,在1460-1600℃左右发生碳还原反应最终制得SiC细粉。该法在工艺操作过程中易于实现各种微量成份的添加,混合均匀性好;但工艺产物中常残留羟基、有机溶剂对人的身体有害、原料成本高且处理过程中收缩量大是其不足。2.2.4聚合物热分解法有机聚合物的高温分解是制备碳化硅的有效技术:一类是加热凝胶聚硅氧烷,发生分解反应放出小单体,最终形成SiO2和C,再由碳还原反应制得SiC粉。另一类是加热聚硅烷或聚碳硅烷放出小
8、单体后生成骨架,最终形成SiC粉末。该方法便于控制，重现性好，适于扩大再生产。2.2.5激光诱导气相法(LaserInducedCVD)以激光为快速加热热源,使气相反应物分子内部快速地吸收和传
