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碳化硅的烧结生产方法

日期:2015-05-27 12:14 关注:
碳化硅陶瓷的制备碳化硅是典型的共价健结合化合物.加上它的扩散系数很低,采用常规的烧结方法很难使其烧结及致密,必须通过添加助烧剂或采用特殊的工艺来获得致密的碳化硅陶瓷。

主要的碳化硅烧结方法有以下几种

1.反应烧结法
反应烧结制备碳化硅陶瓷的方法也称自结合法或渗硅法,其工艺较简单。将碳化硅粉、碳粉和粘结剂混合后成型(可采用模压、挤压、浇铸、注浆及等静压方法成型),然后在真空或气体保护气氛中加热到1450一1650℃进行渗硅。硅以液相或气相渗入到坯体中,与碳反应生成sic而将原来坯体中的SiC粒子结合起来,实现SiC的烧结。这种烧结没有尺寸变化.致密性高(气孔率<1%),烧结温度较低,但烧结体中含有8%~15%(质量分数)的游离硅,限制了其使用温度(通常<1350℃)及使用环境。
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2.无压烧结法
无压烧结法也称常压烧结法,在助烧剂的作用下进行,根据助烧剂的不同可分为固相烧结和液相烧结。固相烧结是在亚微米β-SiC中添加少量的C和B或Al、B、Al固溶在SiC中降低SiC的界面能,而C清除SiC表面的SiO2,促进B,、Al的扩散及增加表面能。生坯成型后在中性或惰性气氛中于2000~2200℃高温下烧结,烧结体的密度可达95%的理论密度。
液相烧结是在碳化硅粉料中添加A12O3和Y2O3 .成型后在1800一2000℃惰性气氛下烧结。在烧结过程中A12O3和Y2O3,形成低共熔化合物YAG(钇铝石榴石Y3Al5O15,熔点1760℃),液相的出现促进了SiC的烧结并降低了烧结温度。

3.热压烧结法
热压烧结是将含有助烧剂的碳化硅粉料压制成型后放入石墨模具中,在一定的压力下烧结,通常的烧结温度为1800~22009C,压力为20~50MPa,烧结助剂与无压烧结类似,有B+C、 B4C、Al, A12O3、Al2O3+Y2O3、AlN, B2O3等。在温度和压力共同作用下,使碳化硅更容易烧结,致密性更高,力学性能也较高。但该法的生产率低,生产成本高,只能适应形状简单的制品,故仅在某些特殊领域内应用。

4.热等静压法
热等静压烧结法是共价键化合物最有效的烧结方法。采用热压用的粉料或素坯,经封装后放人热等静压机中,在1850℃和200MPa的压力下进行烧结,从而达到致密性和强度都很高的碳化硅烧结体。所采用的压力介质为氩气或氮气。其特点是坯体四周均匀加压,制品的均匀性好.可以制备形状复杂的制品,并缩短工艺周期。

5.重结晶法
该法也叫后烧结法。将反应烧结和无压烧结的碳化硅在高温下(>2000温度)进行二次重烧结,降低碳化硅中的游离硅,并使碳化硅发生重结晶过程,从而提高碳化硅的性能和使用温度。

6.聚合物分解法
将聚碳硅烷与碳化硅粉料混合,成型后在800~1100℃氮气中烧结,聚碳硅烷热解形成β-SiC,将碳化硅粒子粘结。该方法生产的碳化硅性能较低,密度为2.34g/cm3,扰弯强度为61.7MPa。其优点是烧结温度低,可制造各种形状复杂的零件,特别是原子能工业要求高纯度、中子吸收截面小的高温结构部件。

7.第二相结合法
碳化硅陶瓷除了上述介绍的制备方法外,为了降低烧结温度和制造成本.很据不同的使用条件,采用低熔点的第二相,把主晶相sic粒子结合起来形成各种复合材料,如氧化物结合碳化硅、氮化硅结合碳化硅、赛隆(Sialon)结合碳化硅。氧氮化硅结合碳化硅等。这种方法在冶金、电子、机械、轻工、石油、化工等领域得到了应用。
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