《结构陶瓷ch》PPT课件

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1、Ch.3非氧化物陶瓷Non-oxidationCeramics3.1概述非氧化陶瓷包括金属的碳化物陶瓷、氮化物、硅化物和硼化物等陶瓷的总称。它们和氧化物陶瓷的区别在于：①非氧化物陶瓷一般为共价键结构，因此难熔、难烧结；②非氧化物陶瓷在自然界存在很少，需要人工合；③非氧化物陶瓷的发展历史相对较短；④非氧化物的标准生成自由焓ΔG生0大于相应氧化物的。10/6/20212非氧化物陶瓷3.2碳化物陶瓷SiliconCarbide碳化物陶瓷的通式是MexCy表示的一类化合物；主要包括SiC、TiC和B4C等，具有很高的熔点、硬度，且膨胀

2、系数很低；在特种陶瓷领域，碳化物是一种最耐高温的材料，例如TiC熔点高达3150℃，WC为2720℃、ZrC为3450℃、SiC的气化点为2800℃。10/6/20214非氧化物陶瓷一、碳化硅陶瓷1.碳化硅陶瓷的结构和性质SiC的基本结构：以共价键为主，形成四面体结构。[SiC4]四面体10/6/20215非氧化物陶瓷SiC的晶型由于各个碳硅四面体的结合不同，导致碳化硅具有多种晶型；温度低于1600℃时，SiC以β-SiC形式存在（面心立方、属闪锌矿结构）；温度高于1600℃时，β-SiC以再结晶的形式转化为α-SiC（纤锌矿

3、结构的六方晶系）。10/6/20216非氧化物陶瓷β-SiC的闪锌矿结构α-SiC的纤锌矿结构结构黑色为C,浅色为Si：C离子位于面心的结点位置，Si离子填充1/2的四面体空隙.黑色为C,浅色为Si：C离子六方密堆积，Si离子填充1/2的四面体空隙.10/6/20217非氧化物陶瓷SiC的性质SiC粉体为灰绿色粉末，是共价键很强的化合物，SiC陶瓷具有硬度高、弹性模量大、导热系数大、热膨胀系数小、耐磨损等性能；纯的SiC不会被HCl、HNO3、H2SO4、HF以及NaOH等侵蚀；在空气中加热高温会发生氧化；密度（小）3.2g/

4、cm3；熔点（高）：2800℃；导热系数（大）33.5～502W/mk；热膨胀系数（小）4～5×10－6/℃。10/6/20218非氧化物陶瓷2.碳化硅原料的制备①工业规模生产：SiO2加C直接通电还原：SiO2＋3C＝SiC＋2CO↑反应温度：1900℃-2240℃，△H=528KJ/molAchesonprocessmethod艾其逊法(用电弧炉制碳化硅)-1900。用此方法制备的SiC，由于纯度上的差别，有绿色和黑色两种；原料为熔融的石英砂或破碎过的石英岩、石墨、石油焦或无灰无烟煤；一般SiC含量愈高，颜色愈浅，高纯应为

5、无色。10/6/20219非氧化物陶瓷②高纯、超细的碳化硅粉料可采用挥发性硅化物（如SiCl4）及碳氢化合物（甲烷）按气相合成法来制取：2SiCl4＋CH4→2SiC＋4HCl↑或采用有机硅化物在气体中热分解的方法来制备：CH3SiCl3→SiC＋3HCl↑元素固相反应：Si＋C→SiC（＞1300℃）10/6/202110非氧化物陶瓷气凝SiO2的碳还原法在粒度18～22nm的SiO2中加入30～35纳米的天然气碳黑,在1400～1500℃温度下通氩气保护,反应即可获得纯SiC。10/6/202111非氧化物陶瓷3.碳化硅陶

6、瓷的烧结SiC很难烧结,其晶界能与表面能之比很高,同时SiC烧结时扩散速率很低,它表面的氧化膜也起扩散势垒的作用,因此SiC需借助添加剂、压力或渗硅反应才能获得致密材料。常压（无压）烧结SiC再结晶SiC热压（热等静压）烧结SiC反应烧结SiC10/6/202112非氧化物陶瓷常压（无压，PLS）烧结SiC由于共价键的特点，烧结时扩散速率相当低，纯SiC在2500℃以上才能烧结致密；无压烧结SiC被认为是SiC烧结中最有前途的方法，通过无压烧结工艺可以制备出复杂形状和大尺寸的SiC部件；根据烧结机理可以分为固相烧结和液相烧结。

7、10/6/202113非氧化物陶瓷固相烧结采用高纯、超细粉料，通过添加B和C进行常压烧结，这种方法可明显改善SiC的烧结动力学;添加的部分B与SiC形成固溶体，降低SiC的晶界能;添加C可以还原SiC表面的SiO2。10/6/202114非氧化物陶瓷液相烧结加入一定数量的烧结助剂，在较低的温度下实现SiC的致密化；采用Y2O3、Al2O3为烧结助剂，选熔点较低的YAG（Y3Al5O12）为基本的配方组元，1850℃就可烧成高性能SiC陶瓷。10/6/202115非氧化物陶瓷再结晶SiC将高纯度（≥99.5%）碳化硅粗粉和高活性

8、碳化硅微粉混合，注浆成型制成坯体密度很高的SiC成型件,坯体在隔绝空气条件下用电炉在2400℃以上高温下进行烧结，经“蒸发和凝聚”使SiC颗粒再结晶而形成的一种高温结构陶瓷材料。烧前和最终密度保持不变,在晶体之间形成固态SiC结合（α-SiC结合类）。特点：纯度高、无中间结合