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1、在非氧化物陶瓷中,碳化物、氮化物引人注目。因为材料的原子键大多是共价键,所以高温下抗变形能力强。 不同于氧化物,需要人工来合成原料。 在原料合成过程中,必须避免与O2接触,否则会首先生成氧化物;并且原料合成及其烧结时都必须在保护性气体(N2,惰性气体)中进行,以免生成氧化物,影响高温性能。,第二节 碳化硅(SiC)陶瓷,1890年Edword,G偶尔发现的材料 最初超硬性能:砂轮、砂布、砂纸和磨料机械加工 二次大战中发现炼钢时的还原剂 加热元件纯SiC是绝缘体1012m,当有杂质时,电阻零点几m 1974年,美国科学家,无压烧结制得了碳化硅陶瓷 耐热材料(汽化点2600)、超硬材料、耐磨材料、
2、耐腐蚀材料,一、碳化硅晶体结构,平行 反平行,主要有二种晶形: SiC(立方晶系) -SiC(六方晶系、包括菱面体) 基本结构单元:SiC4、CSi4四面体相互穿插 堆积次序不同不同结构,区别:字母表示晶格类型,C(立方)、H(六方)、R(菱方);用单位晶胞中所含层数,nH:没C轴有N层重复周期的六方晶系结构。,SiC 原子排列,-SiC -SiC (2100 ) -SiC是低温稳定型(面心立方结构), -SiC是高温稳定型(六方结构)金刚石晶体结构,存在牢固的共价键。金刚石晶体结构,存在牢固的共价键。由于Si和C原子较小,键长短,共价性强,决定了它的高硬度,一定的机械强度和难于烧结等一系列特
3、点。,二 SiC的基本特性,三、碳化硅粉料的制备,1、Achesor法:采用碳热还原过程SiO2 + 3C SiC + 2CO(电弧炉2000-2400),该方法也称高温法SiC,得到相为-SiC,需经粉碎与提纯处理,才能达到所需的纯度与粒度,2、碳热还原法,用碳与石英均匀混合,在保护气氛或真空条件下,小于1800 ,生成-SiC 3、碳与硅直接反应 Si + C SiC (1000-1400) 4、金属有机前驱体法,四、碳化硅陶瓷制造工艺,1、反应烧结SiC,又称自结合SiC,(RBSC) 工艺:由-SiC粉和石墨按一定比例混合压成坯体后,加热到1450-1700,同时熔渗Si或通过气相Si
4、渗入坯体,使之与石墨起反应生成- SiC,把原先存在的-SiC颗粒结合起来。 特点: 尺寸变化小3%,成本低 但含有相当数量的游离硅,使应用温度1200,2、常压烧结,固相烧结:亚微米- SiC加入B: 036%,C025%,烧结温度达2100,95%理论密度的制品 特点: 优:高温强度不变化 缺:晶粒易长大穿晶断裂,所以强度韧性不高 液相烧结:(Y2O3Al2O3)Y3Al5O15:6wt%,基本致密;99年亚微米级SiC(AlB2+C),1850烧结。 特点: 性能随添加剂、烧结温度、显微结构的不同差异很大,3、热压烧结,研究:添加剂、增强剂以及工艺因素的影响 + 0.8% B:1950,30min,70Mpa,密度大于95%理论密度。 + 1% B4C :1950,20Mpa获得接近理论密度。 特点: 晶粒细,致密 ,制品的强度与硬度高,4、碳化硅陶瓷材料的应用,是常用的高温发热元件材料(纯SiC是绝缘体1012m,当有杂质存在时,电阻大幅度下降到零点几欧姆厘米,并且具有负的温度系数) 主要用作高温结构材料,例火箭尾喷管的喷嘴、热电偶套管等高温零件; 硬度高,可制作砂轮和各种磨具; 有高导热率,可作热交换器,耐火材料。,高导热陶瓷材料特性比较,