碳化硅陶瓷的應(yīng)用現(xiàn)狀
碳化硅陶瓷具有高強度、高硬度、高耐磨性等優(yōu)異的機械性能以及耐化學(xué)腐蝕等,已廣泛替代傳統(tǒng)的金屬等材料,應(yīng)用于機械密封、化工、航天、印染等行業(yè)。進入新世紀(jì)之后,碳化硅材料因其優(yōu)良的性能而得到越來越廣泛的應(yīng)用,當(dāng)然不同制備工藝制得的產(chǎn)品性能有一定的差別。目前,固相法制備相對容易、質(zhì)量穩(wěn)定、易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),液相法可制得純度高的納米級微粉;氣相法所得粉末純度高,顆粒團聚少,組分易于控制,但成本高、產(chǎn)量低,不易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
目前制備高固、低粘漿料和亞微米級的碳化硅高質(zhì)量粉體仍是關(guān)鍵問題。碳化硅成型和燒結(jié)雖有有多種方法,但由于碳化硅陶瓷的難燒結(jié)性,因而它的制作工藝復(fù)雜和生產(chǎn)成本較昂貴。所以目前降低碳化硅陶瓷的燒成溫度和尋找新的廉價的生產(chǎn)工藝仍是材料工作者的研究重點。與此同時,挖掘和開發(fā)碳化硅陶瓷的所有滿足工業(yè)和工程應(yīng)用領(lǐng)域的性能也是相關(guān)科研工作者的重要任務(wù)。下面來看一下,幾種更為普遍的工藝,其優(yōu)點和缺點。
1、反應(yīng)燒結(jié)法具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點,但燒結(jié)過程中會不可避免地在坯體中留有部分殘余硅,因而使材料的服役溫度下降。
2、液相法可制得純度高的納米級微粉,碳化硅廢料的復(fù)合化也容易實現(xiàn);而且液相燒結(jié)可以制備出不含殘余硅的碳化硅陶瓷,但由于碳化硅的強共價鍵性,必須在坯體中加入氧化鋁等作為燒結(jié)助劑形成液相才能使碳化硅坯體致密化。
3、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和火花等離子體燒結(jié)碳化硅性能較高,其密度和強度通常要高于無壓燒結(jié),但在燒結(jié)過程也都需要加入添加劑促進坯體的燒結(jié)致密化且生產(chǎn)成本高,不適于制備異型件。
4、高溫物理氣相傳輸法可以制得高純度和高致密度的碳化硅陶瓷,但其晶粒尺寸較大,從而影響了產(chǎn)品的力學(xué)性能。
5、合成法中固相法原料便宜、質(zhì)量穩(wěn)定、易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)是它的主要優(yōu)點,目前仍然是一種占主要地位的生產(chǎn)方法,其中用Acheson法制備的碳化硅年產(chǎn)量在百萬噸以上,國內(nèi)每年的產(chǎn)量近30萬噸。
6、氣相法所得粉末純度高,顆粒團聚少,組分易于控制,但成本高、產(chǎn)量低,不易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
綜上所述,碳化硅陶瓷在許多工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用顯示了其優(yōu)良的性能,因而引起了人們的普遍重視。在無機非金屬材料領(lǐng)域中碳化硅陶瓷是一個很大的家族,其觸角幾乎伸遍了所有的工業(yè)領(lǐng)域。但是由于碳化硅陶瓷的難燒結(jié)性,因而它的制作工藝復(fù)雜和生產(chǎn)成本較昂貴。由此降低碳化硅陶瓷的燒成溫度和尋找新的廉價的生產(chǎn)工藝仍是材料工作者的研究重點,同時挖掘和開發(fā)碳化硅廢料的所有優(yōu)點造福于人類是相關(guān)科研單位的科研人員其首要的任務(wù)
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