碳化硅陶瓷介绍与应用

1.碳化硅陶瓷简介

 

碳化硅主要有两种晶体结构，即立方晶系的β- SiC和六方晶系的α- SiC。α- SiC为高温稳定性，β- SiC为低温稳定型。由于所含杂质不同，SiC有绿色、灰色和墨绿色几种。

 

绿色碳化硅/黑色碳化硅

 

2.碳化硅陶瓷制造工艺

 

（1）碳化硅原料的制备

碳化硅原料的制备方法很多，简述如下：

①碳热还原法

这种方法是金属氧化物或非金属氧化物和碳反应生成碳化物。

②气相沉积法

此法是由金属卤化物和碳氢化合物及氢气，在发生分解的同时，相互反应生成SiC。这种方法可以制备高纯度的SiC粉，也可以产生隔膜。

③自蔓延高温合成法（SHS法）

它是近年发展起来的难熔化合物制备方法。SHS法是一种化合法，但是一般化合法是依靠外部热源来维持反应的进行，而SHS法是依靠反应时自身放出的热量来维持反应的进行。SHS法的优点是：节能，工艺简单，产品纯度高。

（2）成型

碳化硅陶瓷的成型可用常规成型法，但对于形状复杂的坯体可采用泥浆浇注法和注射成型法。

（3）烧成

碳化硅陶瓷很难烧结，通常采用以下几种方法：

①常压烧结法

实际情况表明，若采用高纯度超细粉料，选择合理的工艺、相组成以及适当的添加剂，能够通过常压烧结途径得到高密度的碳化硅制品。例如，采用亚微米级β- SiC粉末，其中氧含量

<0. 2%，并加入0. 5%的硼和1.0%的碳，于1950~2100℃的温度在惰性气氛或真空中，用常压烧成，也能获得几乎完全致密化的碳化硅制品。

②反应烧结法

此法也称为自结合法或渗硅法。它是用α- SiC和石墨粉按一定比例混合压成坯体，加热到1650℃左右，通过液相或气相将Si渗人坯体，使之与石墨起反应生成β- SiC，同时把原先的α- SiC颗粒结合起来，达到致密化。这种烧结没有任何尺寸的变化，但烧结体中含有8%~10%游离硅，因此，使用温度受到了限制。

反应烧结通常在真空下用感应加热石墨坩埚的方法来完成，设备用反应烧结炉。

③热压烧结法

将SiC 粉末加入添加剂，置于石墨模具中，在1950℃和 200MPa以上压力下进行烧结，可获得接近理论密度的碳化硅制品。常用的添加剂有Al2O3、AIN、BN、B4C、B、B C等，其中硼最有效的添加剂。实践表明，原料的细度、α相、碳含量、压力、温度、添加剂的种类及含量等对烧结有很大的影响。

④浸渍法

此方法是用制造SiC纤维的原料聚碳硅烷作为结合剂，加到SiC粉料中烧结成多孔碳化硅制品，然后再置于聚碳硅烷中浸渍，在1000℃再烧结，使密度增大，如此反复进行多次，体积密度可能达到理论密度的80%~95%.这种方法的最大特点是能在较低温度下获得高纯和较高强度的碳化硅材料，而且能制造各种复杂形状的制品。

⑤重结晶法

此法也叫后烧结法，是新近发展起来的烧结法。这是将反应烧结和常压烧结的SiC，在高温下（>2000℃）再进行重结晶烧结，最终得到致密的烧结体。

 

3.碳化硅陶瓷的性能与用途

（1）性能

碳化硅陶瓷是碳化物中抗氧化性最好的。但在1000~1140℃之间，SiC在空气中氧化速度较大。它可以被熔融的碱分解。

碳化硅陶瓷具有良好的化学稳定性、高的机械强度和抗热震性。

碳化硅的体积电阻率在1000~1500℃范围内变化不大，利用这一特性可将碳化硅用作电阻发热元件材料。碳化硅发热电阻本身又可称为热敏电阻或半导体电阻。不同类型的碳化硅热敏电阻的电阻率随温度而变化。

（2）用途

碳化硅陶瓷在各个工业领域应用很广，其用途如下：

 

 

碳化硅陶瓷制品