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制造碳化硅陶瓷的方法 如何制造碳化硅制品?

冷知识烫嘴 冷知识烫嘴 4 阅读 0 评论 1592 字 · 约 4 分钟

方法一般有以下几种:

反应烧结碳化硅

1. 热压烧结法:将碳化硅粉末与适量的添加剂混合均匀后,放入模具中,然后在高温高压条件下进行热压,使碳化硅粉末烧结成块状陶瓷。

2. 化学气相沉积法:通过化学反应将碳源和硅源沉积在基底上,再通过热处理使其转化为碳化硅陶瓷。

3. 真空烧结法:将碳化硅粉末放入真空烧结炉中,通过加热使其烧结成块状陶瓷。

反应烧结碳化硅

4. 凝胶浸渍烧结法:将碳化硅颗粒悬浮在溶胶中,接着将基底或者陶瓷棒浸入溶胶中,然后通过烘干和烧结等过程,使溶胶中的碳化硅颗粒沉积在基底或陶瓷棒上形成碳化硅陶瓷。

这些方法各有优缺点,适用于不同的应用场景,在制造碳化硅陶瓷时,需要根据具体需求和工艺条件选择合适的方法,并进行相应的工艺控制和优化。

无压烧结

1974年美国GE公司通过在高纯度β-SiC细粉中同时加入少量的B和C,采用无压烧结工艺,于2020℃成功地获得高密度SiC陶瓷,目前,该工艺已成为制备SiC陶瓷的主要方法,美国GE公司研究者认为:晶界能与表面能之比小于1.732是致密化的热力学条件,当同时添加B和C后,B固溶到SiC中,使晶界能降低,C把SiC粒子表面的SiO2还原除去,提高表面能,因此B和C的添加为SiC的致密化创造了热力学方面的有利条件。

由于天然含量甚少,碳化硅主要多为人造。常见的方法是将石英砂与焦炭混合,利用其中的二氧化硅和石油焦,加入食盐和木屑,置入电炉中,加热到2000°C左右高温,经过各种化学工艺流程后得到碳化硅微粉,碳化硅(SiC)因其很大的硬度而成为一种重要的磨料,但其应用范围却超过一般的磨料,它所具有的耐高温性、导热性而成为隧道窑或梭式窑的首选窑具材料之一,它所具有的导电性使其成为一种重要的电加热元件等。

碳化硅生产工艺流程简述如下:

  1. 原料破碎采用锤式破碎机对石油焦进行破碎,破碎到工艺要求的粒径。
  2. 配料与混料是按照规定配方进行称量和混匀的过程,本项目配料采用平台,混料采用混凝土搅拌机,按照工艺要求对石油焦和石英砂进行配料、混料作业。
  3. 电炉准备是把上次用过的炉重新修整、整理,以再次投入使用,作业内容包括洁理炉底料,修整电极,清理炉墙并修补,检查、排除炉的其他缺陷。

生产碳化硅制品,首先要有碳化硅原料。碳化硅的工业生产方法是将石英砂(56%)、煤焦(35%)、锯末(7%)和食盐(2%)混合在一起,在电阻炉中加热到2200℃左右,食盐的作用是除去石英砂和煤焦中的杂质,而锯末的作用是产生气孔,使生成的气体容易逸出,电炉中间用石墨或碳颗粒堆积成柱状电阻发热体,所配原料紧密填充在发热体四周,烧成的块状晶体经破碎,酸、碱洗涤,然后磁选去除微量的铁,干燥即得碳化硅原料。

碳化硅陶瓷用碳化硅粉,用粉末冶金法经反应烧结或热压烧结工艺制成。碳化硅陶瓷最大特点高温强度大、热稳定性好、耐磨抗蠕变性好,适用于浇注金属用喉嘴、热电偶套管、燃气轮机叶片、轴承等零件,同时由于它热传导能力高,还适用于高温条件下热交换器材料,也可用于制作各种泵密封圈。

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。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,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。

碳化硅陶瓷silicon carbide,俗称金刚砂。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。

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