新型碳化硅陶瓷材料的制备与应用研究.pdf

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1、学术交流新型碳化硅陶瓷材料的制备与应用研究思芳西安工程大学机电工程学院【摘要】碳化硅陶瓷由于具有优良的高温强度、耐磨性、耐腐蚀性以及抗热震性而得到越来越多的关注，一种优质陶瓷材料，在航空航天、电力电子、机械工业、石油化工等许多领域得到广泛应用。本文筒要介绍了碳化硅陶瓷材料的的特性及几种碳化硅陶瓷合成的新方法，并对其发展趋势进行了讨论与展望。【关键词】碳化硅；性能；应用；合成方法；烧结1引言碳化硅是一种人造材料，只是在人工臻合成碳化硅之后，才证实陨石中及地壳上械偶然存在碳化硅Ⅲ。Sic是以共价键为主的共价化合物，由于碳和硅两元素在形成sic晶体时，它的

2、基本单元是四面体，所有SiC均由SiC四面体堆积而成，所不同的只是平行结合和反平行结合，从而形成具有金刚石结构的SiC。由于碳化硅原料共价键占80％左右，因此很难在常压下烧结致密，为了使碳化硅陶瓷烧结，常采用反应烧结、热压烧结等方法烧结制品，但是制品的性能也不尽理想。近年随着碳化硅制品烧结理论的发展，微粉性能的提高，烧结助剂的多样化巍鸭tlt瓤l和深入研究，采用无压烧结工艺烧结高性镰鹞，尊：能碳化硅制品的工艺开始发展并不断完图11几种常见的Sic原子堆垛示意图善。碳化硅制品无压烧结法，工艺简单、Fig11Diagramma~icsketchofCO~

3、ORSiCa1：omafauIt成本低廉，烧结后的制品性能优良，从而成为一种很有发展前途的烧结方法_2]。相比要小得多。SiC所具有的低热膨胀系数即SiO和Si0，一般条件下生成具有保护2．碳化硅和高导热系数，使其制品在加热及冷却过功能的SiOo膜，随反应的进行，重量不断2．1碳化硅的特殊结构程中受到的热应力较小，这就是SiC陶瓷抗增加，但反应速度越来越慢，这种氧化称对碳化硅结晶结构的研究，揭示出热震性特别好的原因。为钝性氧化(PasSiveOxidation)；SiC的它有许多不同结晶类型_5J，其共有75种变SiC的硬度相当高，仅次于几种超硬材氧

4、化在高温、低氧分压情况下，生成气相体，如3c—sic、4H—SiC、l5R—SiC等，其中料，高于刚玉而名列普通磨料的前茅，莫SiO而不具有保护功能，质量快速减小，反Ⅱ～SiC、B—SiC最为常见。—SiC的晶体结氏刻痕硬度为9．2，克氏显微硬度为2200～应速度越来越快，这种氧化称为活性氧化构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶2800kg／mm。(负荷lOOg)。研究表明：在一个(ActiveOxidation)。碳化硅氧化即在其格；Q—SiC存在着4H、15R~fl6H等100余种多结晶体内，由于方向不同，最硬的与最软颗粒表面生成一层致密的二

5、氧化硅层，氧型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普的差别可达800kg／mmz以上。SiC的热态硬度化层的形成一定程度上降低了多孔碳化硅遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一虽然随着温度的升高而下降，但仍比刚玉陶瓷的性能，但同时也可以利用其氧化性定的热稳定性关系，在温度低于1600℃时，的硬度大很多。碳化硅的机械强度高于刚能在空气中低温合成多孔碳化硅陶瓷。氧SiC以—SiC形式存在。当高于l600℃时，玉，如SiC的抗压强度为224MPa，刚玉为化结合碳化硅具有烧结温度低、烧结时间B—S1C缓慢转变成Ct—SiC的各种多型体。75．7MPa；Si

6、C的抗弯强度为15．5MPa，刚玉短、易制备大尺寸、便于工业化等优点。4H—SiC在2000℃左右容易生成；15R~6H多则为8．72MPa。SiC颗粒的韧性，通常是用She[8等，采用不同粒径的石墨粉作型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对一定数量某种粒度Sic颗粒在定型模子中，为造孔剂(牺牲模板)，在50gPa压力下干压于6H—SiC，即使温度超过2200℃，也是非施加规定压力之后未被压碎的颗粒所占百成型，在大气中高温烧结合成多孔碳化硅常稳定的。SiC中各种多型体之间的自由能分率来反映的，它受颗粒形状等许多因素陶瓷。郑传伟_。lm等，利用SE

7、M、AFM等表相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引的影响。面分析方法，研究了反应烧结碳化硅在纯起多型体之间的热稳定关系变化。图1．1为3．碳化硅的合成与烧结氧中的氧化行为，建立氧化初期的生长模几种常见的SiC原子堆垛示意图。SiC由于其共价键结合的特点，烧结时型；并对反应烧结碳化硅内外表面氧化进2．2碳化硅的性质的扩散速率相当低，据DJ．Hong等人的研究行分析，氧化动力学符合渐近线曲线。白SiC的化学稳定性与其氧化特性有密结果即使在的2100℃的高温，c和si的自扩成英⋯等，以不同粒径碳化硅为骨料，羧切关系。SiC本身很容易氧化，但它氧化之散系数也

8、仅为1．5×10。和2．5×1013cm2／s甲基纤维素钠(CMC)为粘结剂，在大气中利后形成了一层SiO薄