轻型碳化硅陶瓷反射镜材料研究进展

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SIC反射镜制备

SIC反射镜制备

? The choice of material on mirror(1)
目前反射镜的材料已发展到第三代。第一代反射镜材料是玻 璃,如Zerodur、Quarts、ULE(Ultra-Low Expansion) 玻璃等,最 有代表性的是 Zerodur。Zerodur是德国Schott公司微晶玻璃的牌号, 它用于光学、光电和精密工程,其膨胀系数近似为零。它是一种 高均匀性的材料,即使是直径数米的材料中的不同地方其热性能 和机械性能几乎没有偏差。既能做重达几吨的块料,又可做很小 的元器件。玻璃的密度适中,可抛光性强,可制成很好的镜面材 料。但微晶玻璃比刚度低,容易变形,要使玻璃成像质量稳定, 反射镜的直径和厚度需要满足一定的比值,因此玻璃反射镜重量 比较大。此外,由于玻璃导热性能和抗热震性能差,难以强制水 冷,所以不适宜制作大型空间反射镜。
? 法国制备的直径为 352mm 的轻型碳化硅反射镜重量仅为 1.7kg。 俄罗斯为美国制备的直径为 630mm 轻型碳化硅主镜仅为 13.5kg。 德国Donier公司(Donier Satellite Systems DSS) 采用LSI方法制备 的C/SiC复合材料反射镜作为空间望远镜主镜,直径 630mm,重 量仅为4kg。
空间用SiC反射镜发展现状
中科院长春光机所 2007级博士:王永宪
导师:任建岳
? Introduce(1)
随着前苏联第一颗人造卫星的成功发射,人类正是进入航天 时代。世界各国不断投入大量的人力、物力和财力进行航天探索。 空间飞行器的主要任务是收集信息,而空间光学系统作为空间飞 行器的“眼睛”具有极其重要的作用。空间光学系统具有不受地 域限制、侦查区域广、可进行连续动态探测等优点。因而对于空 间光学系统展开研究具有重要意义。目前空间光学系统通常采用 反射式机构,由此可见反射镜的地位和重要性。反射镜主要用于 大型宇航望远镜、预警卫星、探测卫星、侦查卫星、气象卫星、 高能激光发射器、激光雷达系统、 X射线和真空紫外线望远镜、 空间用红外望远镜和高分辨率相机等。

碳化硅研究报告

碳化硅研究报告

碳化硅研究报告碳化硅研究报告一、引言碳化硅是一种具有高温稳定性和高能隙的半导体材料。

它具有优异的热电性能、化学稳定性和力学性能,被广泛应用于电子器件、高温传感器、高温电阻材料等领域。

本报告旨在对碳化硅的研究现状进行综述,并对其未来的研究方向进行展望。

二、研究进展1. 碳化硅材料的制备碳化硅材料可以通过多种方法制备,包括化学气相沉积法、热化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等。

其中,化学气相沉积法是最常用的制备方法之一。

通过在高温下使硅源和碳源反应生成碳化硅,可得到高纯度和均匀性的碳化硅材料。

2. 碳化硅的物理性质碳化硅具有多种优良的物理性质,主要表现在以下几个方面:(1) 高温稳定性:碳化硅能够在高温下保持结构稳定性,具有较好的耐热性和耐氧化性。

(2) 高能隙:碳化硅的能隙较大,能够在高温条件下实现较高的载流子浓度和迁移率。

(3) 热电性能:碳化硅具有优异的热电性能,可用作高温热电材料。

(4) 化学稳定性:碳化硅具有较好的化学稳定性,能够在酸碱等腐蚀性环境中保持稳定。

(5) 力学性能:碳化硅是一种硬度较高的材料,具有较好的抗磨损性和强度。

3. 碳化硅在电子器件中的应用由于碳化硅具有优异的物理性质,它被广泛应用于电子器件中。

例如,碳化硅晶体管可用于高温、高频率和高功率电子器件;碳化硅二极管可用于高温环境中的电源电子器件;碳化硅场效应管可实现高温下的功率开关控制。

4. 碳化硅在高温传感器中的应用碳化硅的高温稳定性和热电性能使其成为高温传感器的理想选择。

例如,碳化硅压阻传感器可用于高温和高压环境中的压力测量;碳化硅热敏电阻可用于高温环境下的温度测量;碳化硅光电传感器可用于高温环境中的光学信号检测。

三、展望未来的碳化硅研究可以从以下几个方面展开:1. 提高碳化硅材料的制备工艺,提高制备效率和降低制备成本。

2. 开发新型碳化硅纳米材料,研究其在光子学、电子学等领域的应用。

3. 深入研究碳化硅的高温稳定性机制,探索其在高温环境下的应用潜力。

碳化硅研究报告

碳化硅研究报告

碳化硅研究报告1.引言碳化硅是一种具有特殊性质的陶瓷材料,其独特的化学组成和晶体结构使其在许多领域中得到广泛应用。

本篇文章将对碳化硅的制备方法、物理和化学性质以及其应用领域进行探讨。

2.制备方法碳化硅的制备方法多种多样,常见的有热解法、溶胶-凝胶法和化学气相沉积法。

其中,热解法是将有机硅化合物或含碳聚合物在高温下进行热分解反应得到碳化硅。

溶胶-凝胶法则是通过溶胶的形成和凝胶化反应得到碳化硅颗粒。

而化学气相沉积法是将碳源和硅源同时导入反应器中,在高温下进行反应,生成碳化硅。

3.物理和化学性质碳化硅具有高温稳定性、高耐腐蚀性和高硬度等优点。

在高温环境下,碳化硅表现出较好的热传导性和热冲击性能,因此广泛应用于制造业中的高温设备和工具。

此外,碳化硅还具有优异的机械性能,因此在切削工具、陶瓷刀具等领域中得到了广泛应用。

4.应用领域4.1.电子行业碳化硅具有良好的电气性能,可用作半导体元器件的基质材料。

碳化硅的高击穿场强、高反向击穿电压和良好的热导性,使其在功率电子器件中的应用得到了广泛关注。

此外,碳化硅还可以制备成陶瓷基板,用于电子封装和电路板的制造。

4.2.能源领域碳化硅在能源领域中也有广泛的应用。

由于其高耐高温性能和低热膨胀系数,碳化硅可用于制造燃烧器、燃气涡轮发动机和高温燃烧室。

此外,碳化硅还可用于太阳能电池领域,提高太阳能电池的效率和寿命。

4.3.光电行业碳化硅在光电行业中也具有广泛的应用前景。

碳化硅具有宽能隙和高热导性,可用于制造高功率LED和激光二极管。

此外,碳化硅还可以用于制造光纤通信器件、光电转换器件等。

5.结论碳化硅作为一种特殊的陶瓷材料,具有许多独特的物理和化学性质,广泛应用于电子行业、能源领域和光电行业等。

在不断的研究和发展中,碳化硅的性能和应用领域还有着巨大的潜力。

未来,我们对碳化硅的进一步研究将为社会带来更多的创新和发展。

碳化硅木质陶瓷的研究进展

碳化硅木质陶瓷的研究进展

张星等:铁掺杂对锰酸镧锶体系磁电性质的影响· 1797 ·第36卷第12期碳化硅木质陶瓷的研究进展严自力1,2,刘杰1,张建春2,马天2,黄勇3(1. 北京化工大学材料科学与工程学院,北京 100029;2. 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所,北京 100082;3. 清华大学材料科学与工程系,北京 100084)摘要:碳化硅(SiC)木质陶瓷是一种新型陶瓷材料。

采用液相渗硅工艺制备的SiC木质陶瓷具有优异的力学性能,在结构陶瓷方面具有潜在的应用前景。

概述了SiC木质陶瓷的研究进展。

本文重点论述了SiC木质陶瓷的制备工艺、组成与结构及力学性能。

分析了SiC木质陶瓷组成与密度对力学性能的影响,并与传统反应烧结法制备的SiC陶瓷的力学性能进行了对比,最后指出了提高SiC木质陶瓷的力学性能所必需解决的问题。

关键词:木质陶瓷;碳化硅;微观结构;力学性能中图法分类号:TG 174.1 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2008)12–1797–06RESEARCH PROGRESS OF SILICON CARBIDE WOODCERAMICSYAN Zili1,2,LIU Jie1,ZHANG Jianchun2,MA Tian2,HUANG Yong3(1. School of Materials Science & Technology, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029; 2. The QuartermasterResearch Institute of the General Logistics Department of the People's Liberation Army, Beijing 100082; 3. Department of Materials Science & Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: Silicon carbide (SiC) woodceramic is a new kind of ceramic materials. It has excellent mechanical properties and therefore potential application prospects in structural ceramics fabricated by the liquid silicon infiltration process. The research progress of the silicon carbide woodceramics is summarized. The fabrication process, composition and microstructure and mechanical properties, together with the influence of the composition and density of SiC woodceramic on the mechanical properties are discussed. Further-more, the mechanical properties of SiC woodceramics and traditional SiC are compared. Finally, the existing problems that must be solved to enhance the mechanical properties of silicon carbide woodceramics are also pointed out.Key words: woodceramic; silicon carbide; microstructure; mechanical property木质陶瓷是近年来新型陶瓷材料研究的一个热点,它是一种以木质材料为主要原料制备的陶瓷材料。

碳化硅陶瓷膜的制备及其应用进展

碳化硅陶瓷膜的制备及其应用进展

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 12 期碳化硅陶瓷膜的制备及其应用进展李冬燕1,周剑2,江倩2,苗凯3,倪诗莹3,邹栋3(1 南京科技职业学院化学与材料工程学院,江苏 南京 210048;2 南京工业大学化工学院,江苏 南京 211816;3南京工业大学环境科学与工程学院,国家特种分离膜工程技术研究中心,江苏 南京 211816)摘要:碳化硅陶瓷膜具有耐高温、抗热震、耐腐蚀、高通量、使用寿命长等优势,是环境污染治理领域中的关键材料。

如何制备面向应用过程的高性能碳化硅陶瓷膜已经成为目前的研究热点。

本综述介绍了碳化硅陶瓷膜的成膜方法,包括浸渍提拉法、喷涂法、化学气相沉积法及相转化法。

此外,阐明了各方法的成型机理、影响因素及优缺点等,概述了碳化硅膜烧结技术的机理、特点及研究现状,包括重结晶技术、前体转化技术、原位反应烧结技术及新型烧结技术,其中重点描述了共烧技术的实际应用价值及挑战,利于明晰碳化硅陶瓷膜性能与制备工艺的关系。

并阐明了碳化硅陶瓷膜在高温烟气净化、油水分离、气体分离领域中的应用现状及前景,最后对碳化硅陶瓷膜工业化应用潜力作出展望。

关键词:碳化硅陶瓷膜;制备方法;烧结技术;烟气净化;油水分离;气体分离中图分类号:TB34 文献标志码:A 文章编号:1000-6613(2023)12-6399-10Progress in preparations and applications of silicon carbideceramic membranesLI Dongyan 1,ZHOU Jian 2,JIANG Qian 2,MIAO Kai 3,NI Shiying 3,ZOU Dong 3(1 School of Chemical and Materials Engineering, Nanjing Polytechnic Institute, Nanjing 210048, Jiangsu, China; 2College of Chemical Engineering, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, Jiangsu, China; 3 National Engineering Research Centerfor Special Separation Membranes, School of Environmental Science and Technology, Nanjing Tech University,Nanjing 211816, Jiangsu, China)Abstract: Silicon carbide ceramic membranes have the advantages of high-temperature resistance, thermal shock resistance, corrosion resistance, high flux, long service life and so on, which are key materials in the field of environmental pollution control. How to prepare high-performance silicon carbide ceramic membranes for application-oriented processes has become a current research hot spot. In this review, the forming methods of silicon carbide ceramic membranes are introduced, including dip-coating method, spraying method, chemical vapor deposition method and phase inversion method. In addition, the molding mechanism, influencing factors, advantages and disadvantages of each method are elucidated.The mechanism, characteristics and research status of silicon carbide membranes sintering technology aresummarized, including recrystallization technology, precursor conversion technology, in-situ reaction综述与专论DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1507收稿日期:2023-08-29;修改稿日期:2023-09-11。

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用

碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用1研究进展近年来,随着碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料(CCR)性能优越的发现,越来越受到科学家和工程师的关注。

并且CCR的陶瓷相结构具有极高的抗热、抗冲击、抗腐蚀和耐磨性能。

然而,由于其微观和宏观机械性能调控能力较弱,该复合材料在应用中仍受到一定的限制。

近期,CCR材料的性能优势受到了很多研究者的重视,各种新型结构,复杂的组合加工工艺及增强技术被提出。

例如,抗腐蚀性能可以通过制备复合表面层来改善;抗热、抗受力能力可以通过控制碳纤维的尺寸和排列方式来改善;耐磨性能可以通过引入碳材料的碳-氧化物多层复合来增强。

最近,一些拥有改良机械性能的新制备工艺也被研究并实施,包括激光熔覆、前景碳化熔覆、快速增材成型、焊接熔覆和高速冲击等。

2应用对于碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料,主要应用于航空航天、船舶航行及军事等方面,其优越的机械性能使其成为一种非常理想的重要应用材料。

如果说航空飞机,这种复合材料可以替代大部分传统金属。

由于复合材料的轻重比和热稳定性更佳,可以帮助飞机减轻重量。

此外,其优越的抗受力和抗腐蚀性能还可以防止复合材料受到高温或低温环境的影响。

此外,由于复合材料可以克服传统金属在热响应速度受到拘束的缺点,在军事上其应用也都非常广泛。

最新研究表明,该材料很容易改变其形状,使用CCR,军事装备及其它武器物品可以取得更好的效果。

3结论碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料的研究及应用正在逐渐受到重视,复合材料的热稳定性、高抗受力和抗腐蚀性等优势在航空航天、船舶航行及军事领域都得到了广泛的应用。

此外,新的制备工艺也取得了巨大的进步,可以有效地改善复合材料的机械性能。

因此,未来碳纤维增强碳化硅陶瓷复合材料将有望发展出更强大的功能更适应更多应用场景。

新型碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展

新型碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展

新型碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展Pro g ress in Research Work of New CMC -SiC西北工业大学张立同成来飞徐永东[摘要]介绍了碳化硅陶瓷基复合材料的应用和发展现状,阐述了CVI -CMC -SiC 制造技术在我国的研究进展,开展了CVI -CMC -SiC 的性能与微结构特性的研究和CVI 过程控制及其对性能影响的研究,研制了多种CMC -SiC 和其构件。

材料性能和整体研究与应用水平已跻身于国际先进行列。

关键词:CVI 制造技术CMC -SiC 微结构应用研究[ABSTRACT ]The a pp Iication and deveIo p ment of CMC -SiC and the p ro g ress in the research work of CVI -CMC -SiC fabrication technoIo gy in China are introduced.The p ro p erties and the microstructure fea-tures of CVI -CMC -SiC ,and the CVI p rocess controI and its effect on the p ro p erties of CMC -SiC are investi-g ated.Man y kinds of CMC -SiC materiaIs and their structuraI p arts are deveIo p ed.The materiaI p ro p erties and the research and a pp Iication of CMC -SiC in China as a whoIe can kee p p ace with that of advanced countries in the worId.Ke y words :CVI fabrication technolo gy CMC -SiC Microstructure A pp lied research陶瓷材料的耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化和抗烧蚀等优异性能,使其具有接替金属作为新一代高温结构材料的潜力。

钛碳化硅陶瓷材料的研究进展

钛碳化硅陶瓷材料的研究进展

钛碳化硅陶瓷材料的研究进展作者:贾换王娇徐简武国强来源:《科技资讯》2023年第16期关键词: Ti3SiC2 制备性能第二相中图分类号: TQ175 文献标识码: A 文章编号: 1672-3791(2023)16-0120-04M n+1AX n是三元层状化合物,如Ti3SiC2、Ti2A1C、Ti2SnC、Ti3A1C2等,其中最典型的是Ti3SiC2[1]。

钛碳化硅集陶瓷和金属的优良特性于一身,具有许多优异的特性,如良好的导电导热性、机械加工性、高强度、高硬度、耐化学腐蚀性、耐氧化性等,可作为轴承材料、滑电弓类材料、减摩材料等,在机电、化工等领域广泛应用,因而得到了研究者的极大关注。

近年来,研究者利用不同合成方法来钛碳化硅,主要为提高钛碳化硅合成纯度、力学性能、抗氧化性等。

本文就钛碳化硅材料的晶体结构、性能特点、制备方法和应用进展进行了总结。

1 Ti3SiC2的结构钛碳化硅的结构模型可知:平面硅原子层将八面体Ti6C 隔开,形成层状结构,碳原子位于结合八面体Ti6C 的中心,一个晶胞由两个钛硅碳分子组成。

三元化合物钛碳化硅是一种六方晶系,C原子位于Ti6C 八面体的中心,Ti6C 八面体与Si 层间隔连接呈层状结构,相应的晶体结构见图1,其包含共价键、离子键和金属键,这种特殊的价键赋予Ti3SiC2材料[1]。

2 Ti3SiC2陶瓷材料制备方法钛碳化硅的主要合成技术方法有微波加热合成、热压烧结、自蔓延高温法、化学气相沉积法、热等静压法、微波加热合成及无压烧结等,它们各有合成技术的优缺点[2],具体如表1 所示。

放电等离子烧结、热压烧结法、热等静压法等生产不能大规模化,成本高;而机械合金化法、自蔓延高温法、微波加热合成、无压烧结等操作简单、成本低廉,但生产中易有杂质相,可以用两种或多种合成方法相结合制备钛碳化硅材料。

3 Ti3SiC2陶瓷材料的制备与性能研究不同研究者对钛硅碳的制备方法、制备工艺及研究结果进行了总结与对比,具体见表2。

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中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2009(45)第 4 期│9文章编号:1001-9642(2009)04-0009-04轻型碳化硅陶瓷反射镜材料研究进展彭晓英,陈玉峰(中国建筑材料科学研究总院, 北京 100024)收稿日期:2009-2-24E-mail:pengxiaoying@【摘 要】:碳化硅陶瓷反射镜是高性能、轻型反射镜的国际发展主流。

本文叙述了碳化硅反射镜的特点;比较了几种碳化硅陶瓷材料的制备技术,并分析了其用于制备反射镜时的优缺点;介绍了国际上常用的几种碳化硅反射镜的制备技术;最后对国内碳化硅陶瓷反射镜的发展现状及存在问题进行了分析。

【关键词】:碳化硅,反射镜,轻量化中图分类号: TQ174.75+8.12 文献标识码:B引 言随着遥感技术的迅猛发展,空间相机经历了从折射式光学系统发展到折反式光学系统再到全反射式光学系统的发展过程,从而使空间相机具有谱段宽、焦面稳定以及重量轻等优点。

同时,用户对空间相机的性能也提出了越来越高的要求,主要体现在:提高相机地面分辨力、实现相机轻量化结构和实现镜体一体化设计。

实现这些目标必须采用高性能的反射镜。

传统反射镜材料已经满足不了这些要求,因此必须研制新型的反射镜材料。

碳化硅陶瓷材料作为新一代反射镜材料,具有高比刚度、较好的热和化学稳定性、较低的热变形系数且耐空间粒子辐照,通过特殊的制作工艺,可以获得轻量化结构的反射镜镜体,同时可取消卫星系统中的对反射镜的恒温系统,大大减小系统的重量。

因此,碳化硅陶瓷材料被认为是现代空间光学系统所需高性能反射镜的首选材料。

本文总结了碳化硅材料及碳化硅反射镜的研究进展,对不同制备工艺进行分析,同时指出了制备具有轻量化结构的高性能碳化硅陶瓷反射镜的合理工艺途径。

1 碳化硅材料的性能作为反射镜材料,必须具有较低的密度、较高的强度及弹性模量、较低的膨胀系数及较高的导热系数。

对反射镜材料的研究,主要集中在三类材质:(1)金属材料,包括铍、铝、合金等。

这些材料比刚度和导热系数都很高,但热膨胀系数较大,容易产生热变形。

另外对于铍来说,还存在毒性较大的问题。

(2)玻璃材料,包括微晶玻璃、石英玻璃、超低膨胀熔石英等。

这些材料具有较低的热膨胀系数和较好的光学表面加工性能,但是比刚度和导热系数较低,容易产生应力变形,影响图像质量。

(3)陶瓷材料,包括碳化硅、氮化硅和碳化硅基复合材料。

这些材料具有高比刚度、较好的热和化学稳定性、较低的热变形系数且耐空间粒子辐照。

碳化硅陶瓷材料在所有反射镜候选材料中综合性能最优越,因此成为国际上高性能轻型反射镜研究的主流。

1.1常规物理性能表1是几种常用反射镜材料性能的比较。

可以看到,碳化硅陶瓷材料具有较高的比刚度和较低的热变形系数,从而被国际上公认为是非常优秀的新一代光学材料。

1.2冷热交变稳定性对于空间遥感器用反射镜,其热稳定性的好坏是影响图象质量的主要因素。

Morton International 公司对φ250×2.5mm 的碳化硅样品在-190℃~1350℃下进行了热稳定性试验。

曲面半径为7.44m、面形精度为0.1λrms(1λ=0.6328mm)的碳化硅样品在经历1小时的1350℃的高温后,其面形精度变化到0.41λrms、曲面半径变化到7.48m,如图1所示,曲面半径只变化了0.54%。

同样,面形精度为0.045λrms(1λ=0.6328mm)的碳化硅样品从室温冷却到-190℃时,面形精度变化只有λ/125;当样品在恢复到室温时,面形精度变化只有λ/70。

这些实验结果充分表明碳化硅材料在-190℃~1350℃之间具有良好的热稳定性。

1.3耐辐照性能空间遥感器用反射镜在使用过程中会受到空间粒子的辐照,因此反射镜的耐辐照性能的好坏直接影响到反射镜的使用寿命。

研究表明,当使用氧原子以2×1018原子/cm 2·s 的通量辐照抛光过的碳化硅样品表面6小时后,样品表面几乎没有变化,看不到样品表面有被氧化或被腐蚀的现象。

当使用5eV 氧原子以2×1016原子/cm 2·s 的通量辐照抛光过的碳化硅样品表面6小时后,样品的表面粗糙度几乎没有变化。

另外,电子束辐照结果表明,抛光的碳化硅表面可以经受住0.5cal/cm 2通量的电子束辐照而不产生明显的损伤。

2 碳化硅材料的制备技术SiC 是由Si-C 四面体组成的共价的三维晶体,具有金刚石型结构,共有75种变体。

碳化硅陶瓷具有优良的物理化学性能,是高性能的结构陶瓷和功能陶瓷,广泛应用于石油化工、航空航天、机械制造、微电子、激光、汽车、钢铁、核工业等工业领域。

中 国 陶 瓷2009年 第 4 期10│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2009(45)第 4 期反应烧结法可以在较低的温度(通常在硅的熔点1410℃以上即可)下实现制品的致密化,并且烧结过程中制品的体积变化小于0.1%,因此反应烧结工艺是制备大尺寸、复杂形状碳化硅制品的最有效方法。

但是,反应烧结法制备的碳化硅不是单一物相,烧结体中通常含有10%左右的自由硅。

表面光学加工的极限只能达到10。

A rms,满足不了超光滑镜面的要求。

2.5化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积是利用反应气体在高温下发生化学反应,生成碳化硅固体陶瓷颗粒,沉积在基体上形成密实碳化硅的过程。

该方法所使用的反应气体系统主要有:(1)Si-C-H 系统,主要包括SiH 4/CH 4/H 2、SiH 4/C 2H 4/H 2、CH 3SiH 3、SiH 4/C 3H 8/H 2等;(2)Si-C-Cl-H 系统,主要包括SiCl 4/CCl 4/H 2、SiCl 4/CH 4/H 2、CH 3SiCl 3/H 2、(CH 3)2SiCl 2/H 2、(CH 3)3SiCl/H 2等。

由于CH 3SiCl 3(MTS)分子中具有同样数量的C 和Si,容易生成具有化学计量比的SiC,因此目前CVD 法制备碳化硅时普遍采用CH 3SiCl 3。

CVD 法生成的碳化硅的纯度可以达到99.999%以上,密度几乎达到碳化硅的理论密度(3.21g/cm 3)。

另外,生成的碳化硅晶粒尺寸可以通过调节反应温度、反应气体流量及配比等工艺参数调整,从而满足超高精度光学加工的要求,表面粗糙度可以达到小于1 rms。

该方法适合制备高纯度、薄层制品。

缺点是制备工艺比较耗时。

2.6化学气相浸渗法(CVI)化学气相浸渗(CVI)法是最近几年发展起来的一种新型方法。

该方法也是利用化学气相沉积的原理,通过改变基体和气相传输途径来实现的。

它是在沉积炉中将反应气体引入到多孔纤维预制体内,在高温下,反应气体发生化学反应,生成固体陶瓷颗粒,通过扩散和对流沉积在预制体的纤维表面,随着时间的延长,纤维表面的沉积层越来越厚,预制体内纤维间的空隙越来越小,最终纤维表面的陶瓷沉积层相互重叠,形成密实结构的陶瓷基复合材料。

到目前为止,已经发展了五种CVI 工艺模式。

(1)等温CVI(ICVI);(2)热梯度CVI ;(3)等温强制流动CVI ;(4)强制流动热梯度CVI(FCVI);(5)脉冲CVI。

对于工艺(1),反应产物的沉积完全通过扩散达到纤维预制体的内部,样品制备周期太长,通常反应时间由于SiC 的共价键性很强,烧结时的扩散速率相当低,同时其颗粒表面覆盖的氧化层起扩散势垒作用,阻碍扩散进行,因此,纯SiC 是很难烧结致密的。

通常采用一些特殊方法制备致密制品。

2.1热压烧结法在2000℃以上的温度和350MPa 以上的压力可以使纯SiC 热压至致密。

但通常选择合适的添加剂,增强烧结。

如添加Al 2O 3能形成硅铝酸盐液相,并能抑制SiC 晶粒长大,有利于致密化,但影响抗氧化性。

添加B4C 或B+C 能与SiC 形成固溶体,降低晶界能促进烧结。

同样,SiC-AlN 可形成无限固溶体,加入10%AlN 就可获得致密部件。

热压制备的SiC 致密、强度高,但部件的形状和尺寸均受到限制。

2.2热等静压烧结法热等静压烧结除了压力方式与热压烧结不同外,其他与热压烧结相同。

热压样品只受单向或双向压力,而热等静压时样品在各个方向都受力。

与热压烧结法一样,制备样品的形状与尺寸受设备的限制。

2.3 常压烧结法在常压烧结时,通常选用B+C、Al+C、Al+B+C、BeO+C、Ho 2O 3+C、Dy 2O 3+C、Al 2O 3、Al 2O 3+Y 2O 3、Al 2O 3+Y 2O 3+MgO、AlN 作为烧结添加剂。

如在含有微量氧的β-SiC 中添加0.4%B 和0.6%C,在2020℃烧结15分钟可获得98%的相对密度。

但常压烧结法的烧结温度一般需要在2000℃以上且烧结过程中制品收缩较大(一般12~18%),容易造成制品变形。

2.4 反应烧结法反应烧结碳化硅的基本过程是:将碳化硅粉、碳粉和有机结合剂按一定比例混合均匀,压制成坯体,然后浸渗高温熔融硅,熔融硅在表面张力的作用下沿着毛细管渗入生坯,在渗硅过程中,硅与碳反应生成新的碳化硅把原先坯体中的α-SiC 结合起来,同时部分硅填充毛细管与气孔,最终形成气孔率几乎为零的致密烧结体。

这种靠硅与碳在高温下化学反应生成新碳化硅从而将坯体中原有碳化硅结合起来制备的碳化硅称为反应烧结碳化硅。

表1 几种常用反射镜材料性能比较。

A2009年 第 4 期中 国 陶 瓷中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2009(45)第 4 期│11大于几百个小时,有的甚至需要几个星期,纤维预制体的表面气孔容易产生早期闭合而引起密度梯度,不利于厚样的制备;热梯度CVI 采用人为的加热方式,在预制体上产生较大的温度梯度,使反应产物沉积在预制体的热端并逐渐向冷端移动,最终实现整个预制体的致密化,可有效地减少致密化过程所需的时间,但较大的温度梯度有可能造成样品不同部位显微结构的差异;等温强制流动CVI 采用气体强制流动措施,在预制体样品的上下表面造成压力梯度,有效提高反应气体的扩散传输过程,但较大的压力梯度造成反应气体的浓度不均匀,样品进气表面易发生早期闭合;脉冲CVI 采用进气和抽气交替进行的方式,能快速排走反应的副产物,提高样品的密度均匀性,但反应气体利用率太低,且对设备要求过高;强制流动热梯度CVI 采用人为方式在预制体样品上造成较大的温度和压力梯度,是一种比较合理也比较崭新的工艺方法,该方法沉积效率高,致密化时间较短,由于沉积过程基本实现了在预制体内的同步沉积,制备的样品密度均匀,是制备陶瓷基复合材料的发展方向。

由于是通过纤维编织技术制备预制体,因此用CVI 法可以制备具有复杂结构的碳化硅陶瓷基复合材料,是获得超轻量化结构基体的最有效方法之一。

但由于基体中不可避免地含有5%左右的气孔以及基体是由C 纤维和碳化硅组成的两相材料,因此不适合于制备超光滑镜面。

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