碳化硅陶瓷生产工艺(碳化硅陶瓷制备工艺)

各位网友们好，相信很多人对碳化硅陶瓷生产工艺都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于碳化硅陶瓷生产工艺以及碳化硅陶瓷制备工艺的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！

本文目录一览

• 1、碳化硅陶瓷生产工艺碳化硅陶瓷的性能特点
• 2、碳化硅陶瓷工艺流程

碳化硅陶瓷生产工艺碳化硅陶瓷的性能特点

随着科学技术的不断发展，材料也不断创新，相继出现铸石、铸钢、合金、陶瓷等材料。其中碳化硅陶瓷以其高耐磨性、耐氧化、耐腐蚀的性能，成为最广泛的耐磨材料，占据了整个陶瓷市场的份额。下面小编就为您详细介绍下碳化硅陶瓷的性能特点以及生产工艺，一起随小编去学习一下吧！
碳化硅陶瓷的性能特点
1.耐磨性能优异，连续使用10年以上时间
经研究所测定，碳化硅陶瓷的耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍，耐磨性极好。耐磨陶瓷复合弯头在制粉系统的应用极大的减轻了设备的磨损，耐用时间至少10年以上，减少维修频次和费用。
2.内衬陶瓷强度高、硬度高、重量轻
比如刚玉陶瓷洛氏硬度为HRA90-98，硬度远高于耐磨钢和不锈钢。密度仅为钢铁的一半,陶瓷弯管重量仅为耐磨钢弯管的1/3，便于安装与更换。
3.内壁光滑，不堵粉料
碳化硅陶瓷经高温烧结，结构致密，研磨除毛刺处理后表面光洁。陶瓷复合弯管内壁平整光滑不堵粉料。
4.阻力小
耐磨陶瓷管表面光滑。且不锈蚀和纳垢，其内表面光滑度优于任何金属管道。所以运行阻力小就可以减少运行费用。
5.造价低
陶瓷管重量轻，焊接性能好，施工安装方便，所以综合各方面安装及运行会减少不少成本费用。
除此之外，碳化硅陶瓷的性能与其他耐磨管的比较，不仅能得到市场的青睐并不断取代一些传统的防磨材料，并且与传统防磨材料，如铸石、铸钢和离心浇注陶瓷材料相比所具有的多方面优势。
碳化硅陶瓷生产工艺
碳化硅陶瓷的生产加工却并不是一件简单的事情，它要考虑很多方面的因素，在加工的时候也要十分的小心，这样才能够很好地保证碳化硅陶瓷性能发挥到极致的状态。关于碳化硅陶瓷具体的生产工艺，下面小编就为您介绍如下：
碳化硅陶瓷粉末的合成： 天然的碳化硅陶瓷粉在地球上是不存在的，目前我们使用的碳化硅陶瓷粉大多素都是人工合成的。一般采用的是Acheson的方法或者是化合法以及热分解法，其中Acheson是通过电来实现高温反应，从而达到合成的目的；化合法则是让高纯度的硅和炭黑直接发生反应，已达到合成的目的；而热分解的方法是让聚碳硅在1200到1500的温度的范围内发生分解已达到合成的目的。
碳化硅陶瓷的烧结：在碳化硅陶瓷的粉末合成之后就压迫进行碳化硅陶瓷的烧结工作了，工业上采用的有无压烧结的方法和热压烧结的方法，但是最常用的还是热压烧结的方法，它是通过添 定的金属添加物，然后通过热压烧结的技术实现碳化硅陶瓷粉的致密化，人后再添 些添加剂，一般是B或者是B的化合物，使得碳化硅的晶粒变得细小。有的时候也要注意烧结的添加剂的成分以及剂量，这在很大的程度上回影响到烧结的工作以及烧结的效果。
冷却定型：等碳化硅陶瓷的烧结工作完成之后，就是冷却的工作了，在进行冷却的同时可以对碳化硅陶瓷进行一定的定型工作，当然前提是生产的碳化硅陶瓷是要定型的，如果仅仅是要生产它的原型则不需要这一步工作。
碳化硅陶瓷的生产过程，工作人员应对各个环节都有着严格的把关，只有这样才能够生产出来性能优质的碳化硅陶瓷。

碳化硅陶瓷工艺流程

碳化硅（SiC）陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震和耐 腐蚀等优良特性。因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手，日益受到人们的重视。例如，SiC陶瓷可用作各类 、滚珠、喷嘴、密封件、切削工具、燃汽涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射屏和火箭燃烧室内衬等等。

　　SiC陶瓷的优异性能与其独特结构密切相关。SiC是共价键很强的化合物，SiC中Si-C键的离子性仅12％左右。因此，SiC强度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯SiC不会被HCl、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液侵蚀。在空气中加热时易发生氧化，但氧化时表面形成的SiO2会抑制氧的进一步扩散，故氧化速率并不高。在电性能方面，SiC具有半导体性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性。此外，SiC还有优良的导热性。

　　SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。SiC中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。

　　现就SiC陶瓷的生产工艺简述如下：

　　一、SiC粉末的合成：

　　SiC在地球上几乎不存在，仅在陨石中有所发现，因此，工业上应用的SiC粉末都为人工合成。目前，合成SiC粉末的主要方法有：

　　1、Acheson法：

　　这是工业上采用最多的合成方法，即用电将石英砂和焦炭的混合物加热至2500℃左右高温反应制得。因石英砂和焦炭中通常含有Al和Fe等杂质，在制成的SiC中都固溶有少量杂质。其中，杂质少的呈绿色，杂质多的呈黑色。

　　2、化合法：

　　在一定的温度下，使高纯的硅与碳黑直接发生反应。由此可合成高纯度的β－SiC粉末。

　　3、热分解法：

　　使聚碳硅烷或三氯甲基硅等有机硅聚合物在1200～1500℃的温度范围内发生分解反应，由此制得亚微米级的β－SiC粉末。

　　4、气相反相法：

　　使SiCl4和SiH4等含硅的气体以及CH4、C3H8、C7H8和（Cl4等含碳的气体或使CH3SiCl3、（CH3）2 SiCl2和Si（CH3）4等同时含有硅和碳的气体在高温下发生反应，由此制备纳米级的β－SiC超细粉。

　　二、碳化硅陶瓷的烧结

　　1、无压烧结

　　1974年美国GE公司通过在高纯度β－SiC细粉中同时加入少量的B和C，采用无压烧结工艺，于2020℃成功地获得高密度SiC陶瓷。目前，该工艺已成为制备SiC陶瓷的主要方法。美国GE公司研究者认为：晶界能与表面能之比小于1．732是致密化的热力学条件，当同时添加B和C后，B固溶到SiC中，使晶界能降低，C把SiC 表面的SiO2还原除去，提高表面能，因此B和C的添加为SiC的致密化创造了热力学方面的有利条件。然而，日本研究人员却认为SiC的致密并不存在热力学方面的限制。还有学者认为，SiC的致密化机理可能是液相烧结，他们发现：在同时添加B和C的β－SiC烧结体中，有富B的液相存在于晶界处。关于无压烧结机理，目前尚无定论。

　　以α－SiC为原料，同时添加B和C，也同样可实现SiC的致密烧结。

　　研究表明：单独使用B和C作添加剂，无助于SiC陶瓷充分致密。只有同时添加B和C时，才能实现SiC陶瓷的高密度化。为了SiC的致密烧结，SiC粉料的比表面积应在10m2／g以上，且氧含量尽可能低。B的添加量在0．5％左右，C的添加量取决于SiC原料中氧含量高低，通常C的添加量与SiC粉料中的氧含量成正比。

　　最近，有研究者在亚微米SiC粉料中加入Al2O3和Y2O3，在1850℃～2000℃温度下实现SiC的致密烧结。由于烧结温度低而具有明显细化的微观结构，因而，其强度和韧性 改善。

　　2、热压烧结

　　50年代中期，美国Norton公司就开始研究B、Ni、Cr、Fe、Al等金属添加物对SiC热压烧结的影响。实验表明：Al和Fe是促进SiC热压致密化的最有效的添加剂。

　　有研究者以Al2O3为添加剂，通过热压烧结工艺，也实现了SiC的致密化，并认为其机理是液相烧结。此外，还有研究者分别以B4C、B或B与C，Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C与C作添加剂，采用热压烧结，也都获得了致密SiC陶瓷。

　　研究表明：烧结体的显微结构以及力学、热学等性能会因添加剂的种类不同而异。如：当采用B或B的化合物为添加剂，热压SiC的晶粒尺寸较小，但强度高。当选用Be作添加剂，热压SiC陶瓷具有较高的导热系数。

　　3、热等静压烧结：

　　近年来，为进一步提高SiC陶瓷的力学性能，研究人员进行了SiC陶瓷的热等静压工艺的研究工作。研究人员以B和C为添加剂，采用热等静压烧结工艺，在1900℃便获得高密度SiC烧结体。更进一步，通过该工艺，在2000℃和138MPa压力下，成功实现无添加剂SiC陶瓷的致密烧结。

　　研究表明：当SiC粉末的粒径小于0．6μm时，即使不引入任何添加剂，通过热等静压烧结，在1950℃即可使其致密化。如选用比表面积为24m2／g的SiC超细粉，采用热等静压烧结工艺，在1850℃便可获得高致密度的无添加剂SiC陶瓷。

　　另外，Al2O3是热等静压烧结SiC陶瓷的有效添加剂。而C的添加对SiC陶瓷的热等静压烧结致密化不起作用，过量的C甚至会抑制SiC陶瓷的烧结。

　　4、反应烧结：

　　SiC的反应烧结法最早在美国研究成功。反应烧结的工艺过程为：先将α－SiC粉和石墨粉按比例混匀，经干压、挤压或注浆等方法制成多孔坯体。在高温下与液态Si接触，坯体中的C与渗入的Si反应，生成β－SiC，并与α－SiC相结合，过量的Si填充于气孔，从而得到无孔致密的反应烧结体。反应烧结SiC通常含有8％的游离Si。因此，为保证渗Si的完全，素坯应具有足够的孔隙度。一般通过调整最初混合料中α－SiC和C的含量，α－SiC的粒度级配，C的形状和粒度以及成型压力等手段来获得 当的素坯密度。

　　实验表明，采用无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结的SiC陶瓷具有各异的性能特点。如就烧结密度和抗弯强度来说，热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较多，反应烧结SiC相对较低。另一方面，SiC陶瓷的力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。无压烧结、热压烧结和反应烧结SiC陶瓷对强酸、强碱具有良好的抵抗力，但反应烧结SiC陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比较来看，当温度低于900℃时，几乎所有SiC陶瓷强度均有所提高；当温度超过1400℃时，反应烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。（这是由于烧结体中含有一定量的游离Si，当超过一定温度抗弯强度急剧下降所致）对于无压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷，其耐高温性能主要受添加剂种类的影响。

　　总之，SiC陶瓷的性能因烧结方法不同而不同。一般说来，无压烧结SiC陶瓷的综合性能优于反应烧结的SiC陶瓷，但次于热压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷。