SPS制备碳化硅陶瓷的研究
第17卷第3期2007年6月
粉末冶金工业
POW DER ME T AL LURG Y INDUS TRY
Vol.17N o.3
Jun.2007
收稿日期:2007-01-06
基金项目:国家自然基金项目(50404012)
作者简介:赵珍(1982-),女(汉),山西省灵石县人,硕士研究生,主要从事碳化硅和氮化硅陶瓷的放电等离子烧结(SPS)工艺的研究。
SPS 制备碳化硅陶瓷的研究
赵 珍,何新波,曲选辉,张 勇
(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)
摘 要:本文用放电等离子烧结(SPS)的方法制备了SiC 陶瓷,研究了SPS 烧结温度、压力和保温时间对烧结试样力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,烧结试样的密度和硬度增加,当温度超过1600 后,密度和硬度不再增加,反而有稍微的下降,而断裂韧度和弯曲强度则随温度的升高而提高;随着压力的增大和保温时间的延长,样品的致密度和力学性能均提高。当温度为1700 、压力为50MPa 、保温时间为5min 时,烧结样品的密度达3.280g/cm 3,维氏硬度达25.0GPa,断裂韧度达8.34MPa m 1/2
、弯曲强度达684MPa 。关键词:碳化硅陶瓷;放电等离子烧结;力学性能中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2007)03-0028-05
PREPARATION OF SILICON CARBIDE BY SPARK PLASMA SINTERING
ZHAO Zhen,HE Xin bo,QU X uan hui,ZHA NG Yo ng
((School of M ater ials Science and Engineering ,U niversity of Science and Technolog y of Beijing,Beijing 100083,China)
Abstract:The silicon carbide ceramic was prepared by Spark Plasma Sintering(SPS).The effects of
sintering temperature,time and pressure on density and mechanical properties of sintered products w ere studied.The result show ed that w ith the increase of sintering temperature the density and hardness of the product increases at first and decreases slightly after the temperature is over 1600 ,w hile bending stress and fracture toughness increase gradually.H owever,w ith the increase of pres sure and time the mechanical properties of product increase.When the temperature w as 1700 ,the pressure w as 50MPa,the dwelling time was 5min,the product with density of 3.280g/cm 3,hard ness of 25GPa,fracture toughness of 8.34MPa m 1/2
,bending stress of 684MPa was obtained.Key words:silicon carbide ceramic,Spark Plasma Sintering (SPS),mechanical properties SiC 陶瓷由于具有高硬度、高强度、耐高温、耐化学腐蚀、高热导率等性能,被广泛应用于各个工业领域
[1~3]
。但由于SiC 是一种共价键性很强的化合物,
其熔点很高、自扩散系数极小,烧结性很差,所以在传
统的烧结工艺(无压烧结或热压烧结)条件下,如果不加入适当的助烧剂,纯SiC 是很难烧结致密的[4]。即使在引入适当助烧剂的情况下,SiC 陶瓷的无压烧结温度和热压烧结温度亦分别高达2100 和2050 。这样,很容易导致SiC 粗晶的生成,从而降低SiC 陶
瓷的力学性能。
为了克服SiC 陶瓷无压烧结工艺和热压烧结工艺所存在的这些缺陷,人们采用了放电等离子烧结
(Spark Plasma Sintering:SPS),它产生的高能电火花可以在较低的温度和较短的时间内完成试样的烧结过程。Tamari N [5,6]等人利用SPS 以Al 2O 3、Y 2O 3和硼、碳为助烧剂,对SiC 粉末烧结情况进行了研究,并制备得到了致密度很高的SiC 试样。与普通热压烧结方法制备得到的试样相比,其性能有较大提高。本
文利用SPS烧结技术,对添加Al2O3和Y2O3助烧剂的SiC微粉的烧结工艺参数(烧结温度、压力、保温时间)及其对力学性能的影响进行了研究。
1 试验准备和测试方法
试验所用的SiC粉末为天津艾斯达陶瓷有限公司提供的 SiC微粉,粒度为0.2~0.6 m,具体成分如表1所示。试验采用摩尔比为5!3的Al2O3和Y2O3复合助烧剂。
表1 SiC微粉的化学组成(质量分数) % SiC B4C C Si O Fe
98.65%0.70%0.08%0.02%0.60%0.01%
将SiC微粉和烧结助剂放入尼龙球磨罐中,以酒精为介质,氧化铝陶瓷球为磨球,球磨15h。干燥研磨后过240目筛得到混合均匀的粉末,放入石墨模具中,进行SPS烧结,烧结温度为1500~1700 ,保温时间为1~5min,压力为(10~50)MPa。
用Archimedes法测定试样的密度,计算其相对致密度;用LEICA VMH T-30M显微硬度测试仪测定样品的维氏硬度,所选载荷为49N(5kgf),加载时间为15s,并利用维氏硬度计打出的压痕,测量出裂纹的长度及压痕对角线长度,利用文献[7]中的公式(见公式(1)),计算出断裂韧性;将样品加工成30mm?5mm?4mm的样条,在力学试验机上做三点弯曲实验,跨距为25mm,加载速率为0.5mm/min。试样采用K3[Fe(CN)6]和KOH的混合液进行热腐蚀后,使用扫描电镜进行微观分析。
K1C/(H?a1/2)=0.203?(c/a)-3/2[7](1)式中 H-试样的维氏硬度值;
2a-维氏硬度压痕对角线长度;
2c-裂纹长度
2 试验结果和讨论
2 1 烧结温度对密度和力学性能的影响
图1为一定压力(30M Pa)和保温时间(5min)条件下,烧结温度对试样密度的影响。从图1可以看出,烧结温度从1500 升高到1600 时,试样密度和致密度提高很快,1600 时试样的密度达到最高值3 214g/cm3,之后继续提高烧结温度试样的密度不再升高,反而略有降低。这是由于温度高于1600 以后,样品中的共晶相消失留下一部分空洞的原因,这也可以从XRD分析加以说明。图3是1600 样品的XRD分析,由图可见,样品中含有一部分在烧结过程生成的共晶相Al5Y3O12;图4是1700 样品的XRD 分析,由图可见,样品中除了碳化硅已不含任何共晶相,只有碳化硅基体。由于共晶相的消失,样品中会留有部分空洞,在实验压力(30MPa)的情况下,难以使样品更加致密,因此其密度反而比1600 下稍显降低。
图1 压力30M Pa、保温5m in,SPS温度对密度的影响
图2为一定压力(30MPa)和保温时间(5min)条件下,烧结温度对试样硬度的影响。由图可见,随着SPS温度的升高,试样的硬度先升高而后稍有降低。当温度上升到1600 时,硬度达到最大值2559HV。样品硬度的变化情况与密度的情况基本是一致的,其原因同样是由于在高温下共晶相的消失,而在30MPa 的压力下还未能使样品更加致密,因而1600 以后样
品的硬度也略有降低。
图2 压力30M Pa、保温5m in,SPS温度对硬度的影响
图5为一定压力(30MPa)和保温时间(5min)条件下,烧结温度对试样断裂韧度的影响。由图5可见,随着SPS温度的升高,试样的断裂韧度逐渐提高。这是由于随着温度的提高,样品的致密度也逐渐提高,因而试样的断裂韧度也逐渐提高;当温度上升到1600 以后,虽然样品的致密度几乎没有变化甚至还略有下降,但由于之前存在的共晶相消失,材料的断
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第3期 赵 珍等:SPS制备碳化硅陶瓷的研究
裂韧度仍然有所提高。
图3 1600 样品的XRD
分析
图4 1700 样品的XRD
分析
图5 压力30M Pa 、保温5m in,SPS 温度对断裂韧度的影响
图6为一定压力(30M Pa )和保温时间(5min)条件下,烧结温度对试样弯曲强度的影响。由图6可见,随着SPS 温度的升高,试样的弯曲强度也呈逐渐提高的趋势,特别是当温度高于1600 以后,提高幅度很大,可见共晶相Al 5Y 3O 12的消失,对试样弯曲强度的提高有很大贡献。2 2 烧结压力对致密度和力学性能的影响
图7为一定烧结温度(1700 )和保温时间(5m in)条件下,压力对试样密度和致密度的影响。由图7可以看出,随着SPS 压力的提高,样品的密度也随之升高。当压力提高到50M Pa 时,试样的密度高达3.280g/cm 3
,相对致密度高达99 4%,说明在SPS 烧结过程中,体系的压力是一个非常重要的
参数,它作为外力提供了一定的烧结驱动力,可以显
图6 压力30MPa 、保温5m i n,SPS 烧结温度
对弯曲强度的影响
著提高烧结试样的密度和致密度,同时对试样的其他力学性能也会产生较大影响。
图7 SPS 温度1700 、保温时间5m i n 时
压力对密度的影响
图8为一定烧结温度(1700 )和保温时间5(m in)条件下,压力对试样硬度的影响。由图8可见,随着SPS 压力的升高时,样品的硬度逐渐提高。
当压力上升到50M Pa,样品的硬度仍有提高,可达2550H V (25.0GPa)。
图8 SPS 温度1700 、保温时间5m i n 时
压力对硬度的影响
图9为一定烧结温度(1700 )和保温时间
(5min)条件下,压力对试样断裂韧度的影响。由图9可见,随着SPS 压力的升高,样品的断裂韧度逐渐提高。当压力上升到50MPa 时,样品的断裂韧度达到最大值8.14MPa m 1/2
。
30 粉末冶金工业 第17卷
图9 SPS温度1700 、保温时间5m i n,
压力对断裂韧度的影响
图10 SPS温度1700 、保温时间5min,
压力对弯曲强度的影响
图10为一定烧结温度(1700 )和保温时间(5m in)条件下,压力对试样弯曲强度的影响。由图可见,随着SPS压力的升高,样品的抗弯强度也逐渐提高。当压力上升到50M Pa,样品的弯曲强度达到最高684M Pa。
2 3 保温时间对致密度和力学性能的影响
表2为一定烧结温度(1700 )和压力(30M Pa)条件下,保温时间对试样密度、致密度及各项力学性能的影响。从表2中数据可以看出,随着SPS保温时间的增加,样品的密度随之提高,当保温时间从1min延长至3min时,试样的密度提高很大,致密度从90.9%提高到96.7%,同时,试样的硬度、断裂韧度和弯曲强度提高也较大;当保温时间从3min延长至5min时,试样的致密度提高较小,从96.7%提高到97.3%,试样的各项力学性能仍有所提高,但幅度较小。
表2 SPS温度1700 、压力30M Pa,保温时间对密度
和力学性能的影响
S PS保温时间/min
密度/
g cm-3
相对
密度
/%
维氏
硬度
H V
断裂
韧度/
M Pa m1/2
弯曲
强度
/M Pa
1 3.01090.91791 6.23245.8 3 3.19196.720157.01453.6
2 4 扫描显微分析
图11是不同SPS参数下选取的几个样品表面的扫描照片。其中(a)是温度为1500 、压力为30MPa、保温5min的试样照片,可见由于SPS温度不够高,侵蚀后样品的空洞很多,晶粒间结合也不致密,这与其宏观密度只有2.90g/cm3是相符合的;
(b)是温度为1700 、压力为10M Pa、保温时间为5m in的样品表面照片,可见由于压力不够高,样品呈现了与(a)相同的情况,这与其宏观密度仅有2 93g/cm3也是相符合的;(c)是温度为1700 、压力为30M Pa、保温时间为3min的样品表面照片,由于保温时间适当延长,使得样品的空洞有所减少,晶粒间的结合有所增强,这与其宏观密度提高到3 19g/cm3也是相符合的;(d)是在温度为1700 、压力为30M Pa、保温时间为5m in下制备的,从图11可见,样品经过侵蚀后,晶粒清晰可见,这说明样品本身比较致密,而且晶粒间的结合能力比较强,因而侵蚀后基本没有出现孔洞,这与其宏观密度提高到3 21g/cm3也是相符合的,并且与其他宏观力学性能的提高也是相对应的。另外,SPS烧结的样品晶粒呈圆形,平均晶粒尺寸为0 7~0 8 m,几乎没有长大,这种显微组织对其显微硬度、断裂韧度和弯曲强度等宏观力学性能的提高都非常有益。
3 结论
(1)在压力和保温时间一定的条件下,随着SPS 烧结温度的升高,样品的密度和硬度先逐渐提高而后又稍有下降(在实验压力30M Pa下),都在1600 达到最大值;断裂韧度和弯曲强度都逐渐提高,在1700 达到最大值。
(2)在SPS温度和保温时间一定的条件下,随着SPS烧结压力的升高,碳化硅的密度、硬度、断裂韧度和弯曲强度逐渐提高,均在1700 达到最大值。
(3)在SPS温度和压力一定的条件下,随着SPS保温时间的延长,碳化硅的密度、硬度、断裂韧度和弯曲强度逐渐提高,均在5min达到最大值。
(4)在本次实验条件下,当SPS温度为1700 、压力为50MPa、保温时间为5min时样品的密度高达3 28g/cm3,相对密度高达99 4%,维氏硬度达断裂韧度达8 34M Pa m1/2,弯曲强度达
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684M Pa,综合力学性能最优。
图11 不同SPS参数下样品的SEM形貌
参考文献
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32粉末冶金工业 第17卷
碳化硅的应用
碳化硅 碳化硅，又称为金钢砂或耐火砂，英文名Silicon Carbide，分子式SiC。 纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的α-SiC和立方体的β-SiC(称立方碳化硅)。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体，已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。绿色至蓝黑色。介电常数7。硬度9Mobs。A-是半导体。迁移率(300 K), cm2 / (VS),400电子和50空穴，谱带间隙eV，303(0 K)和2.996(300 K)；有效质量0.60电子和1.00空穴，电导性，耐高温氧化性能。相对密度3.16。熔点2830℃。导热系数(500℃)22. 5 , (1000℃)23.7 W / (m2K)。热膨胀系数：线性至100℃：5.2×10-6/ ℃，不溶于水、醇；溶于熔融碱金属氢氧化物。 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体，比重为3.20～3.25，显微硬度为2840～3320kg/mm2。碳化硅为晶体，硬度高，切削能力较强，化学性能力稳定，导热性能好。 黑碳化硅是以石英砂，石油焦和优质硅石为主要原料,通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间,机械强度高于刚玉,性脆而锋利。绿碳化硅是以石油焦和优质硅石为主要原料,添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉。常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体，一种是绿碳化硅，含SiC 97%以上，主要用于磨硬质含金工具。另一种是黑碳化硅，有金属光泽，含SiC 95%以上，强度比绿碳化硅大，但硬度较低，主要用于磨铸铁和非金属材料。 碳化硅的用途是十分广泛的，目前主要是用作磨料和耐火材料，这两项用途占了碳化硅产量中的大部分。通常磨料用的颗粒粒级很窄，反之耐火材料不同。下面分几个方面介绍碳化处的主要用途。 一、磨料 由于碳化硅具有很高的硬度、化学稳定性和一定的韧性，所以是一种用途很广的磨料，可用以制造砂轮、油石、涂附磨具或自由研磨。它主要是用于研磨玻璃、陶瓷、石材等非金属材料、铸铁及某些非铁金属，它与这些材料之间的反应性很弱。由于它是普通废料中硬度最高的材料，所以包常用以加工硬质合金、钛合金、高速钢刀具等难磨材料及修正砂轮用。碳化硅硬度仅次于金刚石，具有较强的耐磨性能，是耐磨管道、叶轮、泵室、旋流器，矿斗内衬的理想材料，其耐磨性能是铸铁、橡胶使用寿命的5~20倍，也是航空飞行跑道的理想材料之一。 其中黑色碳化硅和绿色碳化硅的应用也有所差别。黑碳化硅制成的磨具，多用于切割和研磨抗张强度低的材队如玻璃、陶瓷、石料和耐火物氯同时也用于铸铁零件和有色金属材料的磨削。绿碳化硅制成的磨具，多用于硬质合金、钦合金、光学玻璃的磨削，同时也用于缸缸和高速钢刀具的精磨。 由于其优良的耐磨性，碳化硅在冶金选矿行业中也有应用。参见《碳化硅在选矿工艺中的应用》。 二、耐火材料和耐腐蚀材料 这一用途是由于它的高熔点(分解温度)、化学惰性和抗热震性。日前生产碳化硅耐火材料的主要方法包括压制和烧结碳化硅、压制和再结晶碳化硅、浇注和再结晶碳化硅、碳化硅
陶瓷制作工艺流程
陶瓷制作工艺流程 在陶瓷民俗博览区古窑景区错落有致的分布着古制瓷作坊、古镇窑、陶人画坊。在作坊里可见到“手随泥走，泥随手变”，巧夺天工的拉坯成型；在镇窑里，可看到神奇的松柴烧瓷技艺，从中领略到景德镇古代手工制瓷的魅力。在古窑，我们看到了练泥、拉坯、印坯、利坯、晒坯、刻花、施釉、烧窑、彩绘、釉色变化等 练泥：从矿区采取瓷石，先以人工用铁锤敲碎至鸡蛋大小的块状,再利用水碓舂打成粉状，淘洗，除去杂质，沉淀后制成砖状的泥块。然后再用水调和泥块，去掉渣质，用双手搓揉，或用脚踩踏，把泥团中的空气挤压出来，并使泥中的水分均匀。这一环节在古窑里我没有见到，深感遗憾，于是我在前往三宝村途中仔细寻觅，有幸亲眼目睹。这种瓷石加工方法历史悠久,应与景德镇制瓷历史同步。
拉坯：将泥团摔掷在辘轳车的转盘中心，随手法的屈伸收放拉制出坯体的大致模样。拉坯是成型的第一道工序。拉坯成型首先要熟悉泥料的收缩率。景德镇瓷土总收缩率大致为18—20%,根据大小品种和不同器型及泥料的软硬程度予以放尺。由于景德镇瓷泥的柔软性,拉制的坯体均比之其他黏土成型的要厚。拉坯不仅要注意到收缩率,而且还要注意到造型。如遇较大尺寸的制品,则要分段拉制,从各个分段部位,可看出拉坯师傅的技艺好坏和水平高低。景德镇陶瓷的特殊美感和瓷文化的形成是与其独特的材质、工艺等有着密不可分的联系,甚至在某种程度上说:景德镇瓷器名扬天下,除当地“天赐”的优质黏土之外,基本上是那些“鬼斧神工”的技艺将这些普通的“东西”变成了人类的“宠物”。由此,真正被“神灵”护佑着的正是这制瓷技艺的不断分工、进化和传承。这千年相传的技艺造就和组成了人类陶瓷史甚至是文明史上最耀眼的光环,这光环让人炫目,也让人敬畏。
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的进行化学方程式：2SiC+3O2=2SiO2+2CO（好的稳定性就包括化学稳定强和物理稳定性强，化学稳定性强包含抗氧化、 耐腐蚀，物理稳定性主要 指热膨胀系数低、抗弯强 度高、耐高温，不容易受 温差和外部环境影响。） 力学性能 陶瓷材料是工程材料中刚 度好、硬度高的材料，其 硬度大多在1500HV以上。 陶瓷的抗压强度较高，但 抗拉强度较低，塑性和韧 性很差。 热性能 陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有好的化学稳定性；同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。 电性能 陶瓷散热片具有良好的电绝缘性，绝缘阻抗为10GΩ（吉欧） 化学性能 陶瓷材料在高温下不易氧化，因为在体材料的氧化过程中会在氧化界面形成SiO2层，从而阻止了氧化的进行。化学方程式：2SiC+3O2=2SiO2+2CO，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。碳化硅扰动喷嘴-清洗剂如何选择 1、碳化硅喷嘴清洗剂应不产生影响清洁过程及现场卫生的泡沫和异味。 2、清洗剂清洁污垢的速度要快要彻底。
陶瓷工艺彩绘技法制作经历及
浅谈陶瓷工艺彩绘技法制作经历及研究摘要：江西景德镇陶瓷艺术。是世界闻名的文化工艺作品，历史悠久。从古至今陶瓷彩绘工艺是我国宝贵的艺术形式之一，对引领艺术发展有着重要的意义。陶瓷彩绘艺术是我国社会文化符号的一种表现。本研究通过对陶瓷工艺彩绘技法与制作经历的研究，为我们更好地认识和研究陶瓷工艺彩绘，提供理论参考。 关键词：高温色釉彩绘技法亚光颜色釉 引言 中华红釉修改“铮骨傲梅”瓶（清香满乾坤）高30厘米，作为我国陶瓷彩绘工艺的代表作品。其傲尽寒霜透铮骨，芬香馥郁惹人醉的文化性和工艺美，成为文化符号之一。“铮骨傲梅”瓶介绍：“兹瓶以高温色釉施绘，是于1330度高温还原焰烧製而成，萃集绘、刻、堆、填等诸多工艺於一身，面目臻臻，予人满目琳琅之感。中华红釉发色鲜秾悦目，光澄若镜，骄灿若阳，虽明丽亦不艳媚，热火邈不张扬，炳炳麟麟，莫不懿哉。梅枝虬干俱以窑变花釉为之，黟黑若铁，苍劲嶙峋，兼之白梅皓洁似雪、历历鲜目，真乃富丽雍容之雅阁陈设也。” 1、陶瓷彩绘的工艺技法特征分析 我国传统的彩绘主要有：彩绘、粉彩绘、颜色釉等几种形式，这几种形式的彩绘体现了我国陶瓷文化和技法的成就。陶瓷彩绘其瓷器细腻、胎骨晶莹；青花清新、高雅。其釉光亮洁净，白中泛青。颜色青翠欲滴，永久保持。陶瓷彩绘作为我国的艺术瑰宝，受到了
中外人们的广泛欢迎。常见的彩绘工艺有：手绘、贴花、印花等三种形式。手绘的陶瓷，其画面表现的生动活泼，属于陶瓷中的珍品。贴花的彩绘陶瓷，图样非常清晰，而且有着统一的规格。印花的陶瓷，其线条简练、画面非常规整，整个陶瓷的纹饰丰富，品种全面。 新中国成立以后，尤其是70年代以后，通过使用色釉作釉料进行具体形象和内容的表达，成为重要的创新技法。综合装饰指的是使用各种类型的坯、釉、彩等类型的材料。通过喷、涂、绘、刮等手段，创造出崭新的多种样式和风格的装饰艺术。其特点为“形式多样，灵活，互为补充，映衬，各臻奇妙，蕴含丰富”。综合装饰就是利用各种坯、釉、彩等多种材料，运用喷、涂、绘、刮等多种手法，创造出崭新的多种样式和风格的装饰艺术。其特点为“形式多样，灵活，互为补充，映衬，各臻奇妙，蕴含丰富”。 2、陶瓷工艺彩绘技法制作过程分析 2.1 绘制装饰图稿 陶艺的装饰，为了准确地描绘形象，可用铅笔或红、蓝墨水打轮廓稿，待定稿之后再用颜色釉或陶瓷颜料进行装饰，用陶瓷釉料进行装饰时，不可随便修改。 2.2 按稿绘制步骤 根据绘制用的颜色釉特点及色泽，可先用较薄的色釉画出一个大体的画面。先把颜色浅的花瓣画出，然后再用黑料画出主干和梅枝，当画面上色绘制定稿后，就可以逐渐加厚。 2.3 颜色填绘
碳化硅陶瓷的发展与应用
碳化硅陶瓷的发展与应用 1073112 王苗 摘要：碳化硅陶瓷以其优异的抗热震、耐高温、抗氧化和耐化学腐蚀等特性而广泛地应用于石油、化学、汽车、机械和宇航等工业领域中，并日益引起人们的重视。本文对各种SiC 陶瓷的制备方法、性能特点及其应用现状进行了综合评述。 关键词：碳化硅陶瓷发展与应用 Abstract: Silicon carbide ceramics have been widely used in petroleum, chemical, automotive，mechanical and aerospace industries because of their excellent resistance to thermal shock, high temperatures, oxidation and chemical corrosion. In this paper, the fabricating methods, mechanical properties and current applications of various SiC ceramics are revicwed. Key Words: SiC Ceramics Development and Application 1 前言 现代国防、核能和空间技术以及汽车工业、海洋工程的迅速发展, 对火箭燃烧室内衬、飞机涡轮发动机叶片、核反应堆结构部件、高速气动轴承和机械密封零件等材料的要求愈来愈高, 迫切需要开发各种新型高性能结构材料。碳化硅陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性, 因此, 已经在许多领域大显身手, 并日益受到人们的重视。例如, SiC陶瓷在石油化学工业中已被广泛地用作各种耐腐蚀用容器及管道在机械工业中已被成功地用作各种轴承、切削刀具和机械密封部件在宇航和汽车工业中也被认为是未来制造燃气轮机、火箭喷嘴和发动机部件的最有希望的候选材料。 本文首先对SiC 的基本性质及SiC粉末的合成方法进行了简单介绍, 接着重点综述了SiC陶瓷的性能特点, 最后对SiC陶瓷的应用现状与未来发展进行了概括和分析。 2 碳化硅的基本特性 2.1、化学属性 抗化合性：碳化硅材料在氧气中反应温度达到1300℃时，在其碳化硅晶体表层已经生成二氧化硅保护层。随着保护层的加厚，抵制了里面碳化硅继续被化合，这使碳化硅有较好的抗化合性。当气温达到1900K(1627℃)以上时，二氧化硅保护膜已经被破坏，碳化硅化合效应加重，从而1900K是碳化硅在氧化剂氛围下的最高工作气温。 耐酸碱性：在耐酸、碱及化合物的效用方面，因为二氧化硅保护膜的效用，碳化硅的抗酸能力非常非常强，抗碱性稍差。 2.2、物理性能 密度：各样碳化硅晶形的颗粒密度十分相近，通常情况下，应该是3.20 g/ m m3，其碳化硅磨料的堆砌密度在1.2--1.6 g/ m m3之间，其高矮取决于其粒度号、粒度合成和颗粒形状的大小。 硬度：碳化硅的硬度为：莫氏9.5级。单晶硅的硬度为：莫氏7级。多晶硅的硬度为：莫氏7级。都是硬度相对较高的物料。努普硬度为2670—2815公斤/毫米，在磨料中高于刚玉而仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼。 导热率：碳化硅制品的导热率非常高，热膨胀参数小，抗热震性非常高，是优质的耐火材料。 2.3、电学属性 恒温下工业碳化硅是一种半导体，属杂质导电性。高纯度碳化硅随着气温的升高内阻率降低，含杂质碳化硅按照其含杂质不一样，导电性能也不一样。
碳化硅陶瓷及制备工艺
碳化硅陶瓷性能及制造工艺 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化学腐蚀等优良特性。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陶瓷可用作各类轴承、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
景德镇瓷器特点
景德镇瓷器的特点（转载）万壶堂 景德镇瓷器名扬天下，但真正了解其瓷器特点的人却不多，景德镇瓷究竟有那些特点？凭什么称雄天下？ 景德镇主要产品青花、粉彩、高温颜色釉、雕塑瓷、以及派生出来的一些产品天下无敌，全世界任何一个厂家的瓷器产品景德镇都能仿制，而景德镇产品全世界都没有可能全面仿制。几百年里世界各地都想仿制景德镇瓷，但几百年过去了仍然无法达到景德镇的工艺水平，景德镇瓷品种几乎涵盖所有瓷器品种，过去引为自豪的“薄如纸、明如镜------”的卖点在今天的陶瓷业中已是“昨日黄花”制瓷行业基本都能达到这种水平，而景德镇的几项传统技术是任何地区永远无法做到，这几项技术是“利坯”“干接”“雕刻”“填彩”“边角”；这几项技术是制作高档瓷器的根本保证。 利坯就是用特制的利坯刀车削旋转的坯，使坯规整光洁，是景德镇专有的一项工艺，表面看各地都有这道工序，但在景德镇分成三个工种，既修坯、呙足、利坯，各司其职，不能互换，修坯工只车削碗盘等一次拉坯成型的器物外壁，形状变化小此外坯内有模具支撑，技术相对简单，呙足工只车削碗外底，足圈内部，在历史部分时期技术难度较大，如“过肩足”（底部胎大大薄于足圈外碗壁的厚度），利坯工则需要车削器物的所有部位，包括器物的内壁，和琢器的分段接口，这项技术难度最大，因此又分成大器利坯和小器利坯两行，这两个工种只有景德镇存在。 大器利坯先将干燥后的底座、瓶身、颈部三段里外上下车削达到要求后用特制泥浆在接口处涂匀，再将三段粘合，干燥后再将内外接口车削平整，车削时由于坯体有弧度，无法了解坯体的厚度全凭利坯工用手指弹击坯体，听声音判断壁厚再决定是否继续车削，因为口部的厚度与弧度部位的厚度不一样，传统泥料耐火度低，如果坯的厚度不一致高温烧成时会向一侧歪倒。 小器利坯敞口类内外车削达到要求，特别在车削碗、杯类坯体薄如蝉翼，车削时完全靠感觉，稍有不慎前功尽弃，琢器瓶罐同样分段拉坯，干燥后车削，最后车削外壁，如此轻薄难度可想而知，与世界各地车削修坯不可等同而论。 制瓷成型什么叫精致，简单说就是要见角见线，圆弧处要自然流畅，圆滑渐变，硬角处要线条明快清晰，不能含糊，特别是足底内角跟，明清精品基本都是清楚干净，不像仿品足跟转角处基本呈圆弧状，景德镇精品因为利坯分工细致，专业，传统产品都必须运用这项工艺，因此不仅造型漂亮，更重要釉面光洁度也大大提高，各地瓷器从成型开始就已经比不上景德镇产品，瓷器如果不利坯表面会起伏不平，虽然看上去不会发现，但釉面整体效果感觉不好。干接，也是景德镇瓷的一项特有的工艺，琢器上的一些附加装饰如瓶耳、壶嘴、杯把等，各地瓷厂都是不等坯干燥，趁着坯湿就把附加装饰粘合，这样做的目的是避免接口泥和主体与附加装饰收缩不一致而发生裂痕或变形，但是粘接后无法进行利坯，只能采用打磨的方法进行修饰，现代多采用素烧后再抛光工艺，但仍然不可能达到利坯后的质量水平，景德镇是在坯体彻底干燥以后经过利坯之后再由雕削工将粘接面修整严密后，先在接口内侧涂抹用坯泥调制的粘接泥，在接口的外侧涂抹自己祖传秘方配制的外口泥，将附加装饰对准按压，再将挤出的外口泥抹平，接口处转角要见角见线，雕削工负责制作附加装饰以避免粘接时出现问题，使用的外口泥自己配制，就是在国营工厂工作时也是自己制备，工厂每月支付给一定的费用，外口泥不会干裂，但粘结力低因此必须同时使用两种接口泥。由于雕削工专业操作附加装饰质量较高
碳化硅陶瓷 论文
新型功能材料 专业化学类 班级应化1101 学生郭珊 学号20110222056 小组成员丁超凡付文静韩丹丹韩双任课教师李村成 平时成绩 论文成绩 课程成绩
课程论文要求 结合自己学习兴趣，通过小组调研，查阅相关资料，撰写一篇与新型功能材料有关的课程论文。 论文要求：1.论文题目科学规范，调研方向具体明确、题目不能过大；2.字数要在5000字左右（不计参考文献）；3.论文撰写要使用自己的语言，要有自己见解及评论，不能拷贝、翻译；4.文字简练，层次分明，逻辑性强，条理清晰，引用数据准确、真实、可靠，结论明确；5.文中涉及的图表需自己画；6.引用的参考文献需在文中用数字标出并在文后列出; 7. 量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100~GB3102-93； 8. 字体及格式统一要求：论文标题用居中加粗宋体三号字；小标题用加粗宋体小四号字；图表说明用居中宋体五号字；正文及引用文献用宋体小四号字（英文和数字用Times New Roman）；1.25倍行距，A4纸，上、下、左、右页边距均为2.5 cm；9. 提交论文双面打印。 本课程成绩评定说明： 该课程总成绩由平时成绩与课程论文成绩两部分组成，其中平时考勤、课堂表现、课堂报告等成绩占总成绩50%；课程论文成绩占总成绩的50 %。 平时成绩与课程论文成绩均按满分100分评定。
新型陶瓷-碳化硅陶瓷制备技术及应用 摘要：阐述了碳化硅陶瓷的制备技术及应用，介绍了SiC粉末的合成方法（如Acheson法、化合法、热分解法、气相反相法）、SiC的烧结方法（如无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结）、反应烧结碳化硅的成型工艺（如模压成型、等静压成型、注浆成型）以及碳化硅陶瓷在各个方面的广泛应用，并展望了碳化硅陶瓷的发展应用前景。 关键词：新型陶瓷；碳化硅陶瓷；SiC粉末合成；SiC烧结；成型工艺 一、引言 传统陶瓷是用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。新型陶瓷以精致的高纯天然无机物或人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的加工工艺烧结，具有优异的性能。在各个方面，新型陶瓷和传统陶瓷有诸多的不同之处。 在原料使用上方面，新型陶瓷突破传统陶瓷以黏土为主，使用精选或提纯的氧化物、硅化物、氮化物、硼化物等原料。成分方面，传统陶瓷的组成与黏土的成分相关，不同产地料对产品组成与结构影响很大；新型陶瓷原料是提纯化合物，性质由原料的纯度和制备工艺决定，与产地原料无关。在制备工艺方面，传统陶瓷以窑炉为主；新型陶瓷用真空烧结、气氛烧结、热压、热静压等手段实现。在性能与用途方面，传统陶瓷体现日常应用；新型陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨、耐蚀、感应性等特殊性能、使用在特殊场合,在高温,机械电子计算机航天医学工程广泛应用。 依据材料功能，新型陶瓷分类如表一： 表一新型陶瓷分类
碳化硅陶瓷
碳化硅工艺流程 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化学腐蚀等优良特性。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陶瓷可用作各类轴承、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：
碳化硅的制备与应用
目录 摘要 (1) 关键字 (1) 1碳化硅的合成与制备 (1) 2SiC陶瓷的主要应用领域 (3) 3结束语 (5) 参考书目 (5)
碳化硅陶瓷的制备与应用 摘要：碳化硅陶瓷材料由于抗氧化性强、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化学腐蚀等优良特性，广泛的应用于各个领域。本文通过对碳化硅陶瓷材料的的发展历程，特性及国内外研究状况提出了几种碳化硅陶瓷的烧结方法，并讨论其发展趋势。 关键词：碳化硅；合成与制备；烧结；应用； 1、碳化硅陶瓷的合成与制备 SiC由于其共价键结合的特点，烧结时的扩散速率相当低，即使在的2100℃的高温，C和Si的自扩散系数也仅为1.5×10-10和2.5×10-13cm2/s所以，很难采取通常离子键结合材料所用的单纯化合物常压烧结途径来制取高致密化材料，必须采用一些特殊的工艺手段或依靠第二相物质促进其烧结。 SiC很难烧结。其晶界能与表面能之比很高,不易获得足够的能量形成晶界而烧结成块体。SiC烧结时的扩散速率很低,其表面的氧化膜也起扩散势垒作用。因此,碳化硅需要借助添加剂或压力等才能获得致密材料。本制件采用Al-B-C作为烧结助剂。硼(B)在SiC晶界的选择性偏析减小晶界能,提高烧结推动力,但过量的B会使SiC晶粒异常长大。添加C(碳)可以还原碳化硅表面对烧结起阻碍作用的SiO2膜,并使表面自由能提高。但过多的碳,使制品失重,密度下降。铝(Al)有抑制晶粒长大的作用,并有增强硼的烧结助剂作用,但过量的Al却会使制件的高温强度下降。因此,必须通过试验合理确定Al,B,C的用量。 目前制备SiC陶瓷的主要方法有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结等。 1.1 碳化硅陶瓷的无压烧结 无压烧结被认为是SiC烧结最有前途的烧结方法，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。根据烧结机理的不同，无压烧结又可分为固 的β-SiC可通过添加B和C进行常压烧结，这相烧结和液相烧结。对含有微量SiO 2 种方法可明显改善SiC的烧结动力学。掺杂适量的B，烧结过程中B处于SiC晶界上，部分与SiC形成固溶体，从而降低了SiC的晶界能。掺杂适量的游离C对固相烧结 生成，加入的适量C有助于使SiC表有利，因为SiC表面通常会被氧化有少量SiO 2 面上的SiO 膜还原除去，从而增加了表面能。然而#对液相烧结会产生不利影响， 2 因为C会与氧化物添加剂反应生成气体，在陶瓷烧结体内形成大量的开孔,影响致密化进程。SiC的烧结工艺中，原料的纯度、细度、相组成十分重要。S.Proehazka 通过在超细β-SiC粉体（含氧量小于2%）中同时加入适量B和C的方法，在2020℃下常压烧结成密度高于98%的SiC烧结体。但SiC-B-C系统属于固相烧结的范畴，需要的烧结温度较高，并且断裂韧性较低，断裂模式为典型的穿晶断裂，晶粒粗大且均匀性差。国外对SiC的研究焦点主要集中于液相烧结上，即以一定数量的
碳化硅陶瓷
太原工业学院 2015/2016学年第一学期 《特种陶瓷》课程论文 题目：碳化硅陶瓷的工艺与发展方向 班级： 122073219 姓名：刘鑫泽 学号： 19
1 前言 随着科技的发展，人们迫切需要开发各种新型高性能结构材料。碳化硅陶瓷由于具有多种良好的的性能，已经在许多领域大显身手，并且已经收到人们的高度重视。 2 晶体结构 SiC是共价键很强的化合物，SiC中 Si-C键的离子性仅12%左右。 SiC具有α和β两种晶型。β- SiC的晶体结构为闪锌矿晶体结构立方晶系，Si和 C 分别组成面心立方晶格；α-SiC纤锌矿型结构，六方晶系。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。在温度低于1600℃时，SiC以β-SiC形式存在。当高于1600℃时，β- SiC缓慢转変成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。[1] 3 性能与应用 3.1 性能 (1)SiC陶瓷化学稳定性好、抗氧化性强。 (2)硬度高，耐磨性能好。 (3)SiC具有宽的能带间隙。 (4)优良的导电性。 (5)热稳定性好，高温强度大。 (6)热膨胀系数小、热导率大以及抗热振和耐化学腐蚀等。[4] 3.2 应用 碳化硅的最大特点是高温强度高，有很好的耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变性能，其热传导能力很强，仅次子氧化铍陶瓷。碳化硅陶瓷用于制造火箭喷嘴、浇注金属的喉管、热电偶套管、炉管、燃气轮机叶片及轴承、泵的密封圈、拉丝成型模
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化学腐蚀等优良特性。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陶瓷可用作各类轴承、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。
SPS制备碳化硅陶瓷的研究
第17卷第3期2007年6月 粉末冶金工业 POW DER ME T AL LURG Y INDUS TRY Vol.17N o.3 Jun.2007 收稿日期:2007-01-06 基金项目:国家自然基金项目(50404012) 作者简介:赵珍(1982-),女(汉),山西省灵石县人,硕士研究生,主要从事碳化硅和氮化硅陶瓷的放电等离子烧结(SPS)工艺的研究。 SPS 制备碳化硅陶瓷的研究 赵 珍,何新波,曲选辉,张 勇 (北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083) 摘 要:本文用放电等离子烧结(SPS)的方法制备了SiC 陶瓷,研究了SPS 烧结温度、压力和保温时间对烧结试样力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,烧结试样的密度和硬度增加,当温度超过1600 后,密度和硬度不再增加,反而有稍微的下降,而断裂韧度和弯曲强度则随温度的升高而提高;随着压力的增大和保温时间的延长,样品的致密度和力学性能均提高。当温度为1700 、压力为50MPa 、保温时间为5min 时,烧结样品的密度达3.280g/cm 3,维氏硬度达25.0GPa,断裂韧度达8.34MPa m 1/2 、弯曲强度达684MPa 。关键词:碳化硅陶瓷;放电等离子烧结;力学性能中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2007)03-0028-05 PREPARATION OF SILICON CARBIDE BY SPARK PLASMA SINTERING ZHAO Zhen,HE Xin bo,QU X uan hui,ZHA NG Yo ng ((School of M ater ials Science and Engineering ,U niversity of Science and Technolog y of Beijing,Beijing 100083,China) Abstract:The silicon carbide ceramic was prepared by Spark Plasma Sintering(SPS).The effects of sintering temperature,time and pressure on density and mechanical properties of sintered products w ere studied.The result show ed that w ith the increase of sintering temperature the density and hardness of the product increases at first and decreases slightly after the temperature is over 1600 ,w hile bending stress and fracture toughness increase gradually.H owever,w ith the increase of pres sure and time the mechanical properties of product increase.When the temperature w as 1700 ,the pressure w as 50MPa,the dwelling time was 5min,the product with density of 3.280g/cm 3,hard ness of 25GPa,fracture toughness of 8.34MPa m 1/2 ,bending stress of 684MPa was obtained.Key words:silicon carbide ceramic,Spark Plasma Sintering (SPS),mechanical properties SiC 陶瓷由于具有高硬度、高强度、耐高温、耐化学腐蚀、高热导率等性能,被广泛应用于各个工业领域 [1~3] 。但由于SiC 是一种共价键性很强的化合物, 其熔点很高、自扩散系数极小,烧结性很差,所以在传 统的烧结工艺(无压烧结或热压烧结)条件下,如果不加入适当的助烧剂,纯SiC 是很难烧结致密的[4]。即使在引入适当助烧剂的情况下,SiC 陶瓷的无压烧结温度和热压烧结温度亦分别高达2100 和2050 。这样,很容易导致SiC 粗晶的生成,从而降低SiC 陶 瓷的力学性能。 为了克服SiC 陶瓷无压烧结工艺和热压烧结工艺所存在的这些缺陷,人们采用了放电等离子烧结 (Spark Plasma Sintering:SPS),它产生的高能电火花可以在较低的温度和较短的时间内完成试样的烧结过程。Tamari N [5,6]等人利用SPS 以Al 2O 3、Y 2O 3和硼、碳为助烧剂,对SiC 粉末烧结情况进行了研究,并制备得到了致密度很高的SiC 试样。与普通热压烧结方法制备得到的试样相比,其性能有较大提高。本
景德镇陶瓷历史
对文化的影响 大瓷网（daciwang）小编：景德镇是"瓷器之国"的代表和象征,制瓷历史悠久，瓷器精美绝伦,闻名全世界，固有"瓷都"之称.景德镇生产瓷器的历史源远流长,唐代烧造出洁白如玉的白瓷，便有“假玉器”之称。在宋代御赐殊荣，即皇帝宋真宗将年号景德赐给景德镇，于是景瓷驰名天下。之后，历经元，明，清三代，成为“天下窑器所聚”的全国制瓷中心。时至清康，雍，乾三朝，瓷器发展到历史颠峰。2000多年的制瓷文化和技艺的深厚积淀，为景德镇奠定了举世公认的瓷都地位.景德镇瓷器"白如玉,薄如纸，明如镜,声如磬",尤其是熔工艺，书法,绘画，雕塑,诗词于一炉，真是"贵逾珍宝明逾镜,书比荆关字比苏".典雅秀丽的青花,五彩缤纷的彩绘，斑斓绚丽的色釉,玲珑剔透的薄胎，巧夺天工的雕塑,无一不是中华文化艺术的瑰宝.在乾隆时期，景德镇的瓷窑很多,而且分布很广，除官窑外,还有民窑两三百处，工匠数以万计.这个时期生产的青花瓷画面清晰干净,色彩翠蓝光艳，给人以清新明快之感.五彩瓷器色调强烈,富丽堂皇，较之明代又有发展.创作的粉彩瓷器色调柔和，层次分明，富有立体感。在瓷胚上用西洋油画激发作画，再入窑烧制成的珐琅彩瓷器，融汇中西，异常精美，是皇宫的专用品。在这些绚丽多彩的名贵瓷器,通过各种渠道，沿着路上"丝绸之路",海上"陶瓷之路","行于九域，施及外洋"为传播中华文化艺术,经贸交往，发挥了积极的推动作用,对世界文化的丰富和发展作出了重大贡献. 宋代时期的发展 宋代，景德镇瓷器以灵巧、典雅、秀丽的影青瓷而着称于世。这种影青瓷（青白瓷）是在五代烧制青瓷和白瓷的基础上烧造成功的。影青瓷瓷胎加工精致细腻，有“素肌玉骨”之誉，釉色白里泛青，青中有白，莹润如玉，加上釉下瓷胎刻有各种精细的花纹，三者互相结合，交相辉映，相得益彰，形成“颜色比琼玖”的影青瓷。其具有精细秀丽，清澈典雅，“光致茂美”的卓约风姿，成为我国陶瓷史上一个极其珍贵的品种，从而使得景德镇跻身于宋代名窑之林。 宋代景德镇制瓷业已呈现繁荣局面，据考古发现，宋代窑址分布多至30处，有窑“三百余座”，陶瓷的器型也发展到数百种之多。宋代的景德镇不仅烧造出了温润如玉、品种繁多的影青釉刻花瓷，而且成功地烧造出大批造型各异、风格独特的影青釉瓷雕和仿造出了多种颜色釉瓷器。 元代时期的发展 元代景德镇成功地烧造出青花瓷和釉里红瓷，这是两种极具特色和名贵的品类。青花着色力强，呈色稳定，纹饰永不褪脱，且风格幽靓典雅，素净秀丽。光润透亮的青花釉与素雅明净的白胎巧妙配合，互相衬托，颇具中国水墨画之特色，并且标志着由素瓷转为彩瓷的新时代的到来；元青花以其多层次，满画面，主次分明的装饰特征和以彩绘为主兼刻、划、印花的装饰技法，为我国陶瓷艺术的发展开辟了一条新的途径。釉里红以铜红料在胎上绘画纹饰罩以透明釉在高温还原气氛中烧成，使釉下呈现红色花纹瓷器，烧成难度大，色彩艳丽，以至于到今天它还是一个极其珍贵的瓷器品类。釉里红可以单独装饰瓷器，亦可以与青花结合，称作青花釉里红，两者相映生辉，极其名贵。
碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用第三部分
碳化硅陶瓷防弹陶瓷的理解及应用 摘要：通过可以作为防弹护甲的材料进行比较，一步步揭示出如今最符合现代化战争需要的高性能防弹护甲——碳化硅陶瓷防弹护甲，一一介绍出它相对于其他防弹护甲材料的优越性能，但由于该护甲也具有自身缺陷，所以通过理论上的知识来人为的改变其生产过程等方法来增强碳化硅防弹陶瓷的性能，使其成为现代化战争中真正的无敌护甲。 关键词：碳化硅陶瓷；防弹护甲；抗弹性能；应用 引言：由于国内外软质防弹衣只能防护低速的子弹，对于步枪等发射的高速子弹或者某些钢芯弹头，只能采用以软质防弹衣为基础，在重点部位加插硬质护板的方式来抵御。目前硬质护板中只有陶瓷复合板符合现在重量、性能、价格方面符合大家的要求，其中的碳化硅陶瓷抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度高、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，受到了各国军事专家的亲睐，并被广泛应用，但是其韧性低这一致命缺点亟待解决，不过在理论上是可以通过控制烧结过程、通过陶瓷纤维编制来弥补这个弱点。从而使碳化硅防弹陶瓷成为最理想的防弹护甲。 2.1碳化硅的硬度和韧性 SiC的硬度相当高，莫氏刻痕硬度为9.2，克氏显微硬度为2200~2800kg/mm2(负荷100g)。所给范围之所以如此大，这是因为SiC晶体的硬度与其晶轴方向有关。SiC的热态硬度虽然随着温度的升高而下降， SiC的抗压强度为224MPa，SiC的抗弯强度为15.5MPa。SiC颗粒的韧性，通常是用—定数量某种粒度SiC颗粒在定型模子中，施加规定压力之后未被压碎的颗粒所占百分率来反映的，它受颗粒形状等许多因素的影响。 2.2 SiC的热学性质 SiC是在高温下合成的，其制品也多是在高温下制备或者在高温下使用。如果只作较粗略计算时，碳化硅的平均热膨胀系数在25~1400℃范围内可以取4.4×10-6/℃。SiC的热膨胀系数测定结果表明：其量值与其他磨料及高温材料相比要小得多，如刚玉的热膨胀系数可高达(7~8)×10-6/℃。SiC的导热系数很高，这是SiC物理性能方面的另一个重要特点。它的导热系数比其他耐火材料及磨料要大的多，约为刚玉导热系数的4倍。所以，SiC所具有的低热膨胀系数和高导热系数，使其制品在加热及冷却过程中受到的热应力较小，这就是SiC 陶瓷抗热震性特别好的原因。 3. 改变碳化硅防弹陶瓷的理论方法 3.1增强其抗弯强度，在生产环节方面，如今的烧结方法有热压碳化硅、常压烧结碳化硅、反应烧结碳化硅。我们应该采用热压烧结碳化硅方法，因为其烧结出来的碳化硅陶瓷抗弯强