碳化硅陶瓷材料及其制备
聚甲基氢硅烷制备碳化硅陶瓷材料
摘要 ：研 究 了用聚 甲基 氢硅烷制备 陶瓷材料 的工 艺条件 及机理 。结果发现 ：聚甲基 氢硅烷 和二 乙烯基 苯的质量比为 １０ ５时，交联度 大、凝胶含 量高、 固化物裂解 一烧结后的 ｓ、ｃ原子 比接近 １ ：． ｉ ；硅 氢键 的 交 联 固化反 应发 生在 １０℃左右 ，固化物 的烧 结裂解反 应主要 发生在 ４ ０℃ 左右 ；固化 物在 ９０℃裂 解后为 ５ ５ ５
非 晶 态 ，在 １５０℃ 烧 结后 由 非 晶 态 转 化 为 晶 态 。 ０
关键 词 ：前驱体 ，聚 甲基氢硅烷 ，碳化硅 ，陶瓷，二 乙烯基 苯 中图分类号 ：０ ３ ． １ ６ ４４ 文献 标识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ ４ ６ （０ ７ ３— １９— ５ ０ ９— ３ ９ ２ ０ ）０ ０ ２ ０
聚 甲基 氢 硅 烷 （ ＭＨ ） Ｐ Ｓ ：摩 尔 质 量 ５ ８× ．
１ ／ ｌ ０ ｇｍｏ，分散 系 数 １２ ． ，无 色 透 明 液体 ，室温
黏度 ２ ５ Ｐ ・ ，采用 超声 波 Ｗｕｔ ０～ ０ ｍ ａＳ ｒ ｚ聚合 法 自
制 ；二 乙烯 基苯 （ Ｖ Ｄ Ｂ一５ ） ５ ：工 业 级 ，淡 黄 色 透 明液 体 ，二 乙烯 基 苯 质量 分 数 ５． ８ ，含 有 ６ １％
维普资讯
基 础 研 究
荫 料２７ １３ １～３ 机材，０ ２（：９１ ｌ ０， ） ２ ３
ＳＩ Ｉ Ｌ ＣＯＮＥ ＡＴＥＲＩ Ｍ ＡＬ
聚 甲基 氢 硅 烷 制 备 碳 化 硅 陶瓷 材 料
李金 辉 ，陈 来
（．山东省科学 院新 材料 研究所 ，济南 ２ ０ ５ ；２ １ ５０ ９ ．上海大学材料学 院 ，上海 ２ １０ ） ０ ８０
前驱体转化法 …又称为聚合物浸渍裂解法 ，是 近年来兴起 的制备陶瓷材料的新工艺 ，具有 广阔 的 发展前景 。 目前采用聚合物 热降解法制备 陶瓷材料 仍处 于基础研究阶段 ，本 实验探索 了由聚甲基氢硅 烷 制备碳化硅 陶瓷材料的工 艺条件及机理 。
碳化硅的制法-概述说明以及解释
碳化硅的制法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述碳化硅是一种重要的无机材料，具有极高的硬度、热稳定性和化学稳定性。
它可以通过不同的制备方法获得，并且在众多领域中具有广泛的应用。
本文旨在深入探讨碳化硅的制法，以及它在各个领域中的应用。
通过了解碳化硅的定义、特性和制备方法，我们可以更好地理解它的应用价值，并为未来的相关研究提供新的展望。
在本文的正文部分，我们将首先介绍碳化硅的定义和特性。
碳化硅是一种由碳和硅元素组成的化合物，具有非常高的熔点和硬度。
它的晶格结构类似于钻石，因此也被称为“人造钻石”。
碳化硅还具有优异的热传导性能和电绝缘性能，使其在高温环境和高压条件下具有出色的表现。
接着，我们将详细介绍碳化硅的制备方法。
目前常用的制备方法包括热反应法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等。
热反应法是一种通过高温炉热解碳源和硅源来制备碳化硅的方法，可以得到高纯度的碳化硅产品。
化学气相沉积法则是利用气相反应在基底上沉积碳化硅薄膜，可以得到大面积、均匀性好的碳化硅材料。
溶胶-凝胶法是一种在水溶液中通过凝胶反应形成碳化硅材料的方法，具有制备复杂形状和纳米级尺寸的优势。
最后，我们将探讨碳化硅在各个领域中的应用。
碳化硅因其优异的性能，在化工、电子、光电子、陶瓷等行业得到了广泛的应用。
例如，在化工行业中，碳化硅可以用作催化剂载体；在电子行业中，它可以作为半导体材料用于制作功率器件；在光电子行业中，碳化硅可以用于制作高亮度LED等。
综上所述，本文将全面介绍碳化硅的制法和应用领域。
通过深入了解碳化硅的定义、特性和制备方法，我们可以更好地理解碳化硅的应用潜力，并展望未来的研究方向。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该是对整篇文章的结构和内容进行介绍和概括。
可以参考以下内容进行编写：文章结构提供了读者对整篇文章的组织和内容一览的概述。
本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
首先，在引言部分，我们将概述碳化硅的制法的背景和意义，阐述文章的目的和意图。
碳化硅陶瓷制作工艺
碳化硅陶瓷制作工艺碳化硅陶瓷是一种新型的陶瓷材料，具有极高的硬度、耐热性和耐腐蚀性，被广泛应用于高温、高压和腐蚀性环境下的工业领域。
碳化硅陶瓷的制作工艺非常关键，下面将介绍碳化硅陶瓷的制作工艺流程和注意事项。
一、原料准备碳化硅陶瓷的主要原料是硅粉和碳粉。
硅粉需要具备一定的粒度和纯度，一般采用颗粒度在1-5微米之间的硅粉。
碳粉通常采用颗粒度为0.5-1微米的石墨粉。
在原料准备过程中，需要对硅粉和碳粉进行筛分和烘干处理，确保原料的均匀性和干燥度。
二、混合和成型将硅粉和碳粉按照一定的比例混合均匀，可以通过干法混合或湿法混合的方式进行。
干法混合一般采用球磨机进行，湿法混合则需要在适当的溶剂中进行。
混合后的粉体需要经过一定的成型工艺，常用的成型方法有压制成型、注塑成型和挤压成型等。
成型后的碳化硅陶瓷坯体需要进行烘干处理，去除水分和溶剂。
三、烧结和热处理烧结是碳化硅陶瓷制作中的关键步骤，烧结温度和时间的选择对于陶瓷材料的性能和微观结构有着重要影响。
一般情况下，采用高温烧结的方式，烧结温度一般在1800-2200摄氏度之间。
烧结过程中需要注意控制温度升降速率和保持时间，以避免过烧或不完全烧结。
烧结后的陶瓷坯体需要进行热处理，以提高其硬度和耐热性能。
四、加工和修整烧结后的碳化硅陶瓷坯体需要进行加工和修整，以获得所需的形状和尺寸。
常用的加工方法包括机械加工、电火花加工和激光加工等。
加工过程中需要注意避免过度加工和损坏陶瓷材料的表面质量。
修整是指对陶瓷材料进行表面处理，去除表面的瑕疵和不均匀性，以提高其外观和质量。
五、性能测试和质量控制制作完成的碳化硅陶瓷需要进行性能测试和质量控制。
常用的测试方法包括硬度测试、抗压强度测试、热膨胀系数测试和化学稳定性测试等。
通过这些测试可以评估碳化硅陶瓷的性能和质量是否符合要求。
同时，还需要进行质量控制，包括对原料、工艺和产品的各个环节进行监控和管理，确保产品的一致性和稳定性。
碳化硅陶瓷的制作工艺包括原料准备、混合和成型、烧结和热处理、加工和修整、性能测试和质量控制等多个环节。
碳化硅制备方法
碳化硅制备方法碳化硅是一种重要的结构陶瓷材料，具有高硬度、高强度、高温稳定性等优良性能，在电子、航天、汽车等领域有广泛应用。
本文将介绍碳化硅制备的几种常见方法。
1. 碳热还原法碳热还原法是一种常见的碳化硅制备方法，其基本反应为：SiO2 + 3C → SiC + 2CO该反应发生在高温下（约为2000℃），需要通过特殊的电炉进行。
首先需要将硅粉和碳粉混合，制成一定比例的混合物，然后放入电炉中进行加热，使其达到足够高的温度。
在加热过程中，硅粉与碳粉发生反应，生成碳化硅。
碳热还原法制备碳化硅的优点是工艺简单，原料易得，而且产物质量较高。
但缺点是设备成本高，能源消耗大，且产物存在夹杂物和晶界不完整等问题。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种较新的碳化硅制备方法，该方法可以通过化学反应在高温下沉积碳化硅薄膜。
具体步骤如下：（1）将SiCl4或CH3SiCl3等碳源物质和NH3或H2等气体混合，并通过加热将其气化。
（2）将气态混合物输送到反应器中，同时引入载气，让混合物在反应器内均匀分布。
（3）将反应器中的混合物加热到800-1200℃，在催化剂的作用下发生碳化反应，并在衬底上沉积出碳化硅薄膜。
化学气相沉积法具有生产规模大、生产效率高、产物质量优等优点，但是制备设备昂贵，制备条件严格，需要配合催化剂才能实现反应。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法也是一种常见的碳化硅制备方法，该方法通过一系列溶胶-凝胶反应，将前驱体溶液凝胶化，制备出碳化硅粉末。
具体步骤如下：（1）将SiO2前驱体（例如TEOS等）和碳源物质（例如甲基丙烯酸三甲氧基硅烷）溶解在有机溶剂中。
（2）通过控制pH值和温度等参数，使溶液逐渐凝胶化，形成固体凝胶体。
（3）将凝胶体在特定温度下煅烧，使其发生脱水、脱氯和碳化反应。
经过一定的处理，可制备出碳化硅粉末。
溶胶-凝胶法制备碳化硅的优点是制备工艺简单、成型性好、加工易、粉末质量高等，并且可以制备出多孔、纳米级的碳化硅制品，但缺点是煅烧温度较高，制备周期长，并且前驱体的选择也对产物质量有较大影响。
碳化硅陶瓷工艺流程
碳化硅陶瓷工艺流程概述碳化硅陶瓷是一种高性能材料，具有优异的耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性。
它在许多工业领域，如电子、化工、航空等都有广泛应用。
本文将介绍碳化硅陶瓷的工艺流程，包括原材料准备、成型加工、烧结处理等过程。
原材料准备碳化硅陶瓷的主要原材料是碳化硅粉末。
碳化硅粉末一般由石墨和二氧化硅粉末反应得到。
在准备碳化硅粉末之前，需要对石墨和二氧化硅进行粉碎和筛分，以获得较细的颗粒。
碳化硅粉末的质量对最终产品的性能有很大影响，所以在准备过程中需要控制粉末的粒径和纯度。
通常，采用球磨机对石墨和二氧化硅进行混合、研磨，然后用筛网进行分级，得到所需的碳化硅粉末。
成型加工碳化硅陶瓷的成型加工通常包括压制和注塑两种方法。
压制方法压制是最常用的成型方法之一。
首先，将碳化硅粉末和一定比例的有机添加剂混合，在高速混合机中进行均匀的混合。
然后，将混合料放入压制机中，在高压作用下，使其成型。
压制机通常采用冷压或等静压的方式，以确保成型体的均匀和密实。
注塑方法注塑是一种适用于复杂形状制品的成型方法。
注塑机通过将已经混合的碳化硅粉末和有机增塑剂加热熔融，在一定压力下喷射到模具中。
然后冷却，使其固化成型。
烧结处理烧结处理是碳化硅陶瓷工艺的关键步骤，通过热处理使得成型体形成致密的结构。
预烧结首先，将成型体放入预烧炉中。
在预烧炉中，通过逐渐升温，使得有机物燃烧，碳化硅粒子开始结合。
预烧结的目的是去除有机物，并固化碳化硅。
烧结经过预烧结后，将固化的成型体放入烧结炉中。
烧结炉中会提供高温的环境，使得碳化硅粒子之间发生再结合，形成致密的结构。
通常，烧结温度要高达2000℃以上，以确保碳化硅的高密度和高强度。
退火处理烧结后的碳化硅陶瓷可能存在一些内部应力和缺陷。
为了减少这些应力和缺陷，需要进行退火处理。
退火时，将已经烧结的陶瓷制品放入退火炉中，在一定温度下保持一段时间，然后慢慢冷却。
通过退火，可以提高碳化硅陶瓷的机械性能和热性能。
表面处理表面处理是对已经成型和烧结的碳化硅陶瓷进行的最后一道工序。
泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究
泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究一、本文概述随着科学技术的不断发展和进步，新型陶瓷材料的研究与应用逐渐成为材料科学领域的研究热点。
其中，泡沫碳化硅陶瓷作为一种轻质、高强、耐高温的新型陶瓷材料，凭借其独特的物理和化学性能，在航空航天、能源、环保等领域展现出广阔的应用前景。
本文旨在深入探讨泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺，研究其性能特点，为进一步优化制备工艺、提升材料性能以及推动其在实际应用中的广泛使用提供理论支撑和实践指导。
本文首先概述了泡沫碳化硅陶瓷的基本性质和研究背景，阐述了其在不同领域中的应用价值。
随后，详细介绍了泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺，包括原料选择、配方设计、成型方法、烧结工艺等关键步骤，并分析了各工艺参数对材料性能的影响。
在此基础上，本文重点研究了泡沫碳化硅陶瓷的物理性能、化学性能以及力学性能，如密度、孔隙率、热稳定性、抗腐蚀性等，并通过实验数据分析了其性能特点与制备工艺之间的关联。
本文总结了泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究成果，指出了当前研究中存在的问题和不足，并对未来的研究方向和应用前景进行了展望。
通过本文的研究，旨在推动泡沫碳化硅陶瓷制备工艺的进一步优化，提升材料性能，拓展其应用领域，为新型陶瓷材料的发展做出积极贡献。
二、泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺主要包括原料选择、配方设计、泡沫前驱体的制备、碳化硅化过程以及后处理几个关键步骤。
原料选择是制备泡沫碳化硅陶瓷的第一步，其主要原料包括硅源、碳源、造孔剂以及可能的添加剂。
硅源一般选择硅粉、硅溶胶或硅烷等，碳源则可以选择石墨、炭黑、有机聚合物等。
造孔剂的选择对于泡沫结构的形成至关重要，常用的有无机盐类、高分子聚合物等。
根据需求，还可以添加一些助剂，如分散剂、催化剂等。
配方设计则需要根据所需的碳化硅陶瓷性能，合理搭配各原料的比例。
通过调整硅碳比、造孔剂含量等参数，可以控制泡沫碳化硅陶瓷的密度、孔径、孔结构以及机械性能等。
泡沫前驱体的制备是制备泡沫碳化硅陶瓷的关键步骤。
碳化硅陶瓷烧结
碳化硅陶瓷烧结
碳化硅陶瓷烧结是一种常见的陶瓷烧结方法，用于制备碳化硅陶瓷制品。
碳化硅（SiC）是一种具有优良物理和化学性质的
材料，具有高温稳定性、耐腐蚀性和机械强度。
碳化硅陶瓷烧结过程一般包括以下几个步骤：
1. 制备碳化硅陶瓷粉末：碳化硅粉末是由合成碳化硅单晶体加工而成的。
可以通过热化学气相沉积法、碳化硅化合物还原法等方法制备。
2. 形成绿体：将碳化硅粉末与有机粘结剂、溶剂和其他添加剂混合，制成可塑性的绿体。
3. 烧结：将绿体加热到高温，使其成为致密的陶瓷材料。
烧结温度和时间取决于具体的碳化硅材料和要求。
4. 冷却和后处理：待烧结完成后，需要进行冷却和后处理。
其中包括去除残留粘结剂和其他杂质，对陶瓷材料进行表面修整和处理等。
碳化硅陶瓷烧结可以利用碳化硅材料的高温稳定性和耐腐蚀性，制备出具有优异性能的陶瓷制品，广泛应用于高温、高压、耐腐蚀等工业领域。
真空反应烧结获取碳化硅的工艺
真空反应烧结获取碳化硅的工艺1.引言1.1 概述概述部分可以介绍文章的主题和内容，以及碳化硅在工业领域的重要性。
以下是一个示例：概述随着科技的不断发展，碳化硅作为一种重要的功能陶瓷材料，被广泛应用于多个工业领域。
在制备碳化硅材料的过程中，真空反应烧结技术成为一种重要的制备方法，具有高度的适应性和优越的性能。
本文将重点介绍真空反应烧结获取碳化硅的工艺，详细讨论了其工艺原理和步骤。
同时，我们还会对碳化硅的性质和应用进行探讨，包括它的物理性质和广泛应用于工业领域的各个方面。
在真空反应烧结工艺中，通过在高温和高真空环境下进行粉末烧结，可以获得高纯度的碳化硅材料。
这种工艺具有独特的优势，如高密度、均匀性好、化学稳定性高等，适用于各种碳化硅制品的制备。
此外，我们还将总结真空反应烧结工艺的优势，并展望未来该工艺的发展趋势。
通过深入研究和改进该工艺，我们有望进一步提高碳化硅材料的品质和性能，满足不断发展的科技需求。
综上所述，本文将全面介绍真空反应烧结获取碳化硅的工艺，并探讨其在工业领域的重要性和应用前景。
希望通过本文的阐述，能够增进对该工艺和碳化硅材料的理解，为相关领域的研究和应用提供参考。
文章结构部分的内容可以描述整篇文章的结构安排和各个章节的主要内容。
以下是一个可能的写作内容：1.2 文章结构本篇文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节。
首先，概述部分将简要介绍真空反应烧结获取碳化硅的工艺的背景和重要性。
然后，文章结构部分将提供整篇文章的结构安排，包括各个章节的主要内容和关联性。
最后，目的部分将明确说明本篇文章的写作目的。
正文部分是本篇文章的核心，包含两个主要章节：真空反应烧结工艺和碳化硅的性质和应用。
真空反应烧结工艺章节将分为工艺原理和工艺步骤两小节，分别介绍该工艺的基本原理以及具体的工艺步骤和参数。
碳化硅的性质和应用章节则将分别探讨碳化硅的物理性质和广泛应用的领域。
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硅的烧结[1]。将一定量的 Α2SiC、石墨、石腊乳胶或聚 乙 烯 醇 混 合 后 压 制 成 型, 在 1500—1600℃真 空 (65Pa) 条件下进行反应烧结。毛坯放置在硅液面以 上, 由于硅的饱和蒸气压较大, 高温形成的大量硅蒸 气进入毛坯孔隙与碳发生反应, 生成的 Β2SiC 将 Α2 SiC 粘结, 成为陶瓷材料。 所制得的碳化硅, 密度可 达 3. 0_ 3. 1g cm 3, 弯曲强度 140_ 210M Pa。该方法 的出现为碳化硅陶瓷材料的工业制备开辟了一条新 的途径。
第 23 卷第 3 期 1999 年 6 月
机 械 工 程 材 料 M a teria ls fo r M echan ica l Eng ineering
V o l. 23 N o. 3 J un. 1999
碳化硅陶瓷材料及其制备
吕振林3 高积强 金志浩 (西安交通大学材料科学与工程学院 陕西西安 710049)
A l、B、C 的复合添加既有利于改善热压碳化硅 的强度, 又有利于改善其断裂韧性。在 0. 15Λm Β2SiC 中加入 3A l20. 6B 22C , 在 1700—1950℃、50M Pa 下 热压, 结果见表 2[11]。 随温度和时间的增加, 组织中 片状晶长大, 对裂纹产生了有效的偏转和桥联作用, 强度和断裂韧性增加, K IC 可达 9. 5M Pa·m 1 2, 实现 了碳化硅材料的原位韧化。
H illig 等人[8] 研究了碳纤维、碳纤维织物和碳 毡液态硅化烧结得到 Si SiC 材料, 生成的 SiC 保持 了碳纤维的原有形态 (这种材料称 Silcom p )。在 SiC 为 80Υ% _ 85Υ% 时, 其密度为 2. 87g cm 3, 弯曲强 度 495M Pa。此外采用有涂层的 SiC 纤维、碳与聚合 物粘结剂混合, 压制成型后液态硅化烧结, 生成的 Silcom p 材料弯曲强度可达 500_ 700M Pa[9], 接近 热压碳化硅的性能。
A cheson 法所需设备简单, 投资少, 易于组织生 产, 在我国得到了比较广泛的应用。但该方法的开放 式使得难以对烧结温度、气氛加以控制, 产品气孔率 高、强度低; 同时该方法能耗大, 烧结过程中产生大 量有害气体, 造成大气污染, 目前国外已很少采用。 2. 1. 2 硅化反应结合碳化硅
(1) 气相硅化反应结合碳化硅 50 年代末, 由 Popp er 成功地采用气相硅化反应方法实现了碳化
无压烧结在有添加剂的作用下, 可获得较高的 强度和韧性, 且成形方法较多, 适用于形状复杂或厚 大的零件。其不足之处在于烧结温度较高, 有一定的 气孔率, 强 度 相 对 较 低, 且 有 15% 左 右 的 体 积 收 缩[10 ]。 这些缺点有待逐步克服。 2. 4 再结晶碳化硅
SiC 粉料中不加添加剂, 直接将成型的毛坯在 2000℃以上的温度烧结, 其主要的烧结机理为蒸发2 凝聚。 烧结时无体积变化, 收缩很小, 气孔率较高 (20% ) , 强度较低 (100M Pa)。由于在 2000℃以上烧 结, 粉料中存在的 Β2SiC 将转变为 Α2SiC, 得到的材 料具有单相性, 从而具有良好的导电性、导热性、耐 化学腐蚀性和热稳定性[16]。 但因其强度较低, 仅应 用于高温导电及耐火材料方面。 2. 5 其它制备方法
在加热烧结的同时, 对碳化硅毛坯施加 20—
50M Pa 的轴向压力, 增大碳化硅粒子间接触面积, 促进碳化硅烧结。为使碳化硅粒子更易烧结, 在碳化 硅粉体中加入 B、C、A l、B 4C、Y2O 3、A l2O 3 等添加剂。 B、A l 或 B 4C 固溶在 SiC 中, 降低 SiC 的界面能[10]。 C 主要与 SiC 粒子表面的 SiO 2 反应, 使其消失, 促 进 B、A l 的 扩 散。 Y2O 3 和 A l2O 3 的 作 用 则 是 在 1700℃以上, 形成液相钇铝石榴石 (YA G) , 实现液 相烧结。
硅化反应制备碳化硅的优点在于烧结温度较低
(1400—1600℃) , 成形方法多 (挤压、注射、压制及浇 注等) , 尺寸变化小, 同时材料的强韧性也较好, 因此 是工业化生产最有前途的方法, 特别适合于大批量 生产。 其不足有含有 8% —15% 的游离硅, 只能在 1370℃以下使用。 2. 2 热压碳化硅
4. 3 9. 1 9. 5 2. 8
·2·
吕振林等: 碳化硅陶瓷材料及其制备
表 3 SiC 试样的相对密度、断裂韧性和偏转角
第二相体积 分数 (% )
0 8 16
相对密度 (理论密度% )
97 99 97
K IC (M Pa·m 1 2)
2. 5±0. 2 3. 7±0. 2 4. 2±0. 2
(2) 液态硅化反应结合碳化硅 Fo rrest 等人 研究了液态硅化反应结合碳化硅[2]。将 Α2SiC、石墨、 热塑性树脂与少量热固性树脂混合后挤压成毛坯, 与硅粉一同放入石墨坩埚中, 在 1600—1700℃真空 感应炉中烧结。 液态硅在毛细管作用下进入毛坯孔 隙, 并与碳发生反应, 生成 Β2SiC, 将 Α2SiC 粘结, 制 得的碳化硅密度和强度较高。在成分配方、工艺合适 时, 可获得气孔率为零、毛坯尺寸无变化的碳化硅材 料。所得碳化硅中含 8Υ% —15Υ% 的游离硅, 使用温 度高于 1400℃时, 由于硅的软化或熔化使碳化硅的 强度由 580M Pa 下降到 240M Pa, 下降 60%。
A bstract T he p rep a ra tion of silicon ca rb ide ceram ics and their p rop erties a re review ed in th is p ap er. T he
resea rch ing direction s of silicon ca rb ide ceram ic a re po in ted ou t.
1 引 言
碳化硅陶瓷材料具有优异的高温强度、耐磨性、 耐腐蚀性及良好的导电、导热性, 在航空、航天、汽 车、机械、石化、冶金和电子等行业得到了广泛的应 用。 但由于碳化硅的强共价键特性, 使其烧结困难。 为了满足现代工业对块状碳化硅材料的需求, 正在 探索碳化硅材料的各种制备方法。 本文对碳化硅材 料的制备方法及其性能进行简单介绍。
热压是制备高性能碳化硅材料的有效途径。 但 其工艺特点不适合生产形状复杂零件及厚大零件, 同时生产效率低, 烧结温度高 (1800℃以上) , 生产成 本高, 并有 15% 左右的体积收缩, 因此在工业化生 产中受到一定的限制。 2. 3 无压烧结碳化硅
P rochazka[10]采用亚微米 Β2SiC 添加 B 和 C , 在 2050℃下惰性气氛中成功地制备了理论密度大于 95% 的碳化硅材料。
2 碳化硅陶瓷材料的制备及性能
2. 1 反应烧结碳化硅 2. 1. 1 A cheson 法
1893 年美国人 A cheson 发明碳化硅粉体的合 成方法后, 该方法即成为碳化硅粉料合成及材料制 备的主要方法。 其生产工艺是将 SiC、SiO 2、石油焦 粉、木屑、煤沥青或树脂按一定比例混合, 经压制或 挤压成型后, 放入开放式电阻炉内, 通电加热, 在 1800—2200℃的 高 温 下, 发 生 SiO 2 + 3C → SiC + 2CO 的反应, 形成碳化硅材料。
4. 3
590
460
4. 2
电阻率 (8 ·cm )
0. 17 0. 031
抛物线速度常数 kp (g2 cm ·h 1400℃)
5. 1×10- 9
编号
B1 B3 B4 H exo loy
表 2 添加 3A l-0. 6B-2C 的热压碳化硅的热压条件、显微结构和性能
热压条件
1700℃×1h 1900℃×1h 1900℃×4h
文献[ 3 ]报道了聚合物热解形成玻璃碳浸渍液 态硅制备碳化硅陶瓷的方法, 采用三乙烯乙二醇、二 羟基乙基醚和糠醇树脂混合物, 在有机酸的催化作 用下, 发生聚合及糠醇相分离, 然后热解, 形成微孔 碳, 最后液态硅化烧结并去除液离硅。制得的碳化硅 密度为 2. 85_ 3. 11g cm 3, 弯曲强度 410M Pa。此外 聚合物热解的玻璃态碳在 1450℃真空 (1. 3_ 13Pa) 液态硅化烧结, 制得的碳化硅弯曲强度可达 400_ 600M Pa, 断裂韧性 3. 5_ 4. 5M Pa·m 1 2。
摘 要 简要介绍了碳化硅陶瓷材料的制备方法及其性能, 对其优缺点进行了评述, 并对碳化 硅陶瓷材料的研究发展提出了一些看法。
主题词 碳化硅 制备方法 陶瓷材料
S il icon Carb ide Ceram ics and The ir Prepara tion
L üZhen l in Gao J iq iang J in Zh ihao (X i’an J iao tong U n iversity X i’an Shaanx i 710049 PRC )
文献 [ 14 ] 报道了在Β2SiC 中加入014 9 % A l+
材料
RB 2SiC SiC M oSi2
气孔率 (% ) ～0 ～2
室温
520 410
表 1 S iC M oS i2 材料的性能
弯曲强度 (M Pa) 1100_ 1200℃ 1200_ 1400℃
线膨胀系数 (×10- 6)
240
平均转向角 (度)
2 15 21
011%B + 2% C 得到的无压烧结碳化硅, 密度达到 3107_ 3112g cm 3, 弯曲强度 631_ 635M Pa。采用共 沉淀法将 A l2O 3 和 Y2O 3 微粉加入 0128Λm SiC 中于 2100—2150℃烧结, 得到的碳化硅密度 3. 11g cm 3, 弯曲强度 470M Pa [15 ]。