碳化硅陶瓷工艺流程

碳化硅〔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益受到人们的重视。例如，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构造亲热相关。SiC是共价键很强的化合物，SiC中Si-C键的离子性仅12％左右。因此，SiC强度高、弹性模量大，具有优良的耐磨损性能。纯SiCHCl、HNO3、H2SO4HF等酸溶液以及NaOH等碱溶液侵蚀。在空气中加热时易发生氧化，但氧化时外表形成的SiO2会抑制氧的进一步集中，故氧化速率并不高。在电性能方面(fāngmiàn)，SiC具有半导体性，少量杂质的引入会表现出良好的导电性。此外，SiC还有优良的导热性。SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体构造为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格(jīnɡɡé)；α－SiC4H、15R6H100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着肯定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式(xíngshì)1600℃时，β－SiC缓慢(huǎnmàn)α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右简洁生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。SiC中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。现就SiC陶瓷的生产工艺简述如下：一、SiC粉末的合成：SiC在地球上几乎不存在，仅在陨石中有所觉察，因此，工业上应用的SiC粉末都为人工合成。目前，合成SiC粉末的主要方法有：1、Acheson法：这是工业上承受最多的合成方法，即用电将石英砂和焦炭的混合物加热至2500℃左右高温反响制得。因石英砂和焦炭中通常含有Al和Fe等杂质，在制成的SiC中都固溶有少量杂质。其中，杂质少的呈绿色，杂质多的呈黑色。2、化合法：在肯定的温度下，使高纯的硅与碳黑直接发生反响。由此可合成(héchéng)β－SiC粉末。3、热分解法：使聚碳硅烷或三氯甲基硅等有机硅聚合物在1200～1500℃的温度范围内发生(fāshēng)β－SiC粉末。4、气相反(xiāngfǎn)相法：使SiCl4和SiH4等含硅的气体以及(yǐjí)CH4、C3H8、C7H8和〔Cl4等含碳的气体或使CH3SiCl3、〔CH3〕2SiCl2和Si〔CH3〕4等同时含有硅和β－SiC超细粉。二、碳化硅陶瓷(táocí)的烧结1、无压烧结1974年美国GE公司通过在高纯度β－SiC细粉中同时参加少量的B和C，承受无压烧结工艺，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公司争论者认为：晶界能与外表能之比小于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粒子外表的SiO2复原除去，提高外表能，因此B和C的添加为SiC的致密化制造了热力学方面的有利条件。然而，日本争论人员却认为SiC的致密并不存在热力学方面的限制。还有学者认为，SiC的致密化机理可能是液相烧结，他们觉察：在同时添加B和C的β－SiC烧B的液相存在于晶界处。关于无压烧结机理，目前尚无定论。α－SiCBCSiC的致密烧结。争论说明：单独使用B和C作添加剂，无助于SiC陶瓷充分致密。只有同时添加B和C时，才能实现SiC陶瓷的高密度化。为了SiC的致密烧结，SiC粉料的比外表积应在10m2／g以上，且氧含量尽可能低。B的添加量在0．5％左右，C的添加量取决于SiC原料中氧含量凹凸，通常C的添加量与SiC粉料中的氧含量成正比。最近，有争论者在亚微米(wēimǐ)SiC粉料中参加Al2O3和Y2O3，在1850℃～2000℃温度下实现SiC的致密烧结。由于烧结温度低而具有明显细化的微观(wēiguān)构造，因而，其强度和韧性大大改善。2、热压烧结(shāojié)50年月中期，美国Norton公司就开头争论B、Ni、Cr、Fe、Al等金属添加物对SiC热压烧结的影响(yǐngxiǎng)。试验说明：Al和Fe是促进SiC热压致密化的最有效的添加剂。有争论者以Al2O3为添加剂，通过热压烧结工艺，也实现了SiC的致密化，并认为(rènwéi)其机理是液相烧结。此外，还有争论者分别以B4C、B或B与C，Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C与C作添加剂，承受热压烧结，也都获得了致密SiC陶瓷。而异。如：当承受B或B的化合物为添加剂，热压SiC的晶粒尺寸较小，但Be作添加剂，热压SiC陶瓷具有较高的导热系数。3、热等静压烧结：近年来，为进一步提高SiC陶瓷的力学性能，争论人员进展了SiC陶瓷的热等静压工艺的争论工作。争论人员以B和C为添加剂，承受热等静压烧结工艺，在1900℃便获得高密度SiC烧结体。更进一步，通过该工艺，在2000℃138MPa压力下，成功实现无添加剂SiC陶瓷的致密烧结。争论说明：当SiC粉末的粒径小于0．6μm时，即使不引入任何添加剂，通过热等静压烧结，在1950℃即可使其致密化。如选用比外表积为24m2／g的SiC超细粉，承受热等静压烧结工艺，在1850℃便可获得高致密度的无添SiC陶瓷。另外，Al2O3是热等静压烧结SiC陶瓷的有效添加剂。而C的添加对SiC陶瓷的热等静压烧结致密化不起作用，过量的C甚至会抑制SiC陶瓷的烧结。4、反响烧结：SiC的反响烧结法最早在美国争论成功。反响烧结的工艺过程为：先将α－SiC粉和石墨粉按比例混匀，经干压、挤压或注浆等方法制成多孔坯体。在高温下与液态Si接触，坯体中的C与渗入的Si反响，生成β－SiC，并与α－SiC相结合，过量的Si填充于气孔，从而得到无孔致密的反响烧结体。反响烧结SiC通常含有8％的游离(yóulí)Si。因此，为保证渗Si的完全，素坯应具有足够的孔隙度。一般通过调整最初混合料中α－SiC和C的含量，α－SiC的粒度级配，C的外形和粒度以及成型压力等手段来获得适当的素坯密度。试验说明，承受无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反响烧结的试验说明，承受无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反响烧结的SiC陶瓷具有(jùyǒu)各异的性能特点。如就烧结密度和抗弯强度来说，热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较多，反响烧结SiC相对较低。另一方面，SiC陶瓷的力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。无压烧结、热压烧结和反响烧结SiC陶瓷(táocí)对强酸、强碱具有良好的抵抗力，但反响烧结SiC陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比较来看，当温度低于900℃时，几乎(jīhū)全部SiC陶瓷强度均有所提高；当温度超过1400℃时，反响烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。〔这是由于烧结体中含有肯定量的游离Si，当超过肯定温度抗弯强度急剧下降所致〕对于无压烧结和热等静压烧结的SiC(zhǔyào)受添加剂种类的影响。SiC陶SiC陶瓷，但次于热压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷。氧化铝的用途产品名称一般氢氧化铝

主要品种白色氢氧化铝超白氢氧化铝

主要用途氟化盐、净水剂阻燃剂、填料人造玛瑙、人造石特种氢氧化铝 氧化铝化铝化铝

特种玻璃、人造玛瑙催化剂载体活性氧化铝微粉活性氧化铝 性氧化铝高纯氧化铝 高纯氧化铝氧化铝

耐火材料结合剂钠灯管、荧光粉构造陶瓷

低钠高温氧化铝超细 、精细陶瓷、耐火材料微粉沸石铝酸钠氧化铝陶瓷

微粉电工氧化铝4A沸石10X沸石铝酸钠溶液固

构造陶瓷、耐火材料不锈钢抛光研磨催化剂、粘结剂洗涤助剂催化剂、分散剂研磨介质机械零件陶瓷原料主要来自岩石，而岩石大体都是由硅和铝构成的。陶瓷也是用这类岩石作原料，经过人工加热使之结实，很类似火成岩的生成。因此从化学上来说，陶瓷的成分与岩石的成分没有什么大的区分。假设是硅和铝所构成的陶瓷，其主要原料有以下几种：1、石英——化学成分是纯粹的二氧化硅(èryǎnghuàguī)〔SiO2〕，又名硅石。这种矿物即使碎成细粉也无粘性，可用来弥补陶瓷原料过粘的缺点。在780℃以上(yǐshàng)时便不稳1730℃时开头熔融。2、长石——是以二氧化硅及氧化铝为主，又夹杂钠、钾、钙等的化合物。因其所含重量多寡不同，又有很多种类。一般有将含长石较多的岩石叫作长石的，也有以它的产地来命名的。现在把长石中具有代表性的几种和它们的成分列于表1。其中前三种是纯粹的理论成分，后一类则含有岩石中全部的不纯(bùchún)物质。钠长石与钙长石以各种比例相互熔解，变成多种多样的长石。这些总称为“斜长石”，它的性质依其中所含钠长石与钙长石的比例而定。还有一种和正长石〔钾长石〕为同样成分而形状稍有变异的，至今也多误传为正长石，其实这种应当叫做“微斜长石”。3、瓷土〔又名“高岭土”〕——瓷土〔H4Al2Si2O9〕是陶瓷的主要原料。它是以产于世界第一窑厂的中国景德镇四周的高岭而得名的。后来由“高岭”的中国音演化为“Kaolin”，而成为国际性的名词。纯粹的瓷土是一种白色或灰白色，有丝绢般光泽的软质矿物。瓷土是由云母和长石变质，其中的钠、钾、钙、铁等流失，加上水变化而成的，这种作用叫作“瓷土化”或“高岭土化”。至于瓷土化到底因何而起，在学术界中虽然还没有定论，但大概可以认为是长石类由于温泉或含有碳酸气的水以及沼地植物腐化时所生的气体起作用变质而成的。一般瓷土多产于温泉四周或石灰层四周，可能就是这个缘由。瓷土的熔点约在1780℃左右，实际上由于多少含有不纯物质，所以它的熔点略为降低。纯粹的瓷土〔高岭土〕存量不多，而且所谓(suǒwèi)纯粹的瓷土，也没有黏土那样强的粘度。一般所说的瓷土假设放在显微镜下面来观看，大局部带有白色丝绢状的光泽，银光闪闪，是格外小的结晶，这就是所谓纯粹的瓷土。此外，还含有未变质的长石、石英、铁矿及其他作为瓷土来源的岩石的碎片。纯粹瓷土的成分是：SiO246.51%，Al2O339.54%，H2O13.95%,熔度为1780℃。陶瓷中最高级的是瓷器。作瓷器用的岩石到底以哪样最好？由于瓷器必需是白色。因而(yīnér)就不得不竭力避开含有使陶瓷着色的铁分。含铁少而以氧化硅及氧化铝为主要成分的岩石有：花岗岩、花岗斑岩、石英斑岩、石英粗面岩以及由这类岩石分崩而成的水成岩等。这里所说的花岗石乃至石英粗面岩〔即在火成岩中也算是含有氧化硅及氧化铝特别多而铁分子少的〕，都是以石英、长石为主，并含有假设干云母及富于铁分〔氧化铁〕的黑绿或黑褐色的矿物。假设认真观看这些岩石，便可看到很多像玻璃一般透亮的颗粒和像瓷器一样明媚的白色或淡红色的颗粒。前者是石英、后者是长石。这四种岩石的化学成分虽然一样，但由于长石与石英等颗粒的大小不同，因而形成了不同的岩石。花岗岩全体是由比较大的颗粒〔直径1~7毫米〕构成的。石英粗面岩是在看不见颗粒的致密素地中有石英及长石的小粒存在。花岗斑岩及石英斑岩则介乎此二者之间，是在致密的素地内含有大粒的石英。这类岩石构造上的差异，主要在于由熔融的岩浆到冷固的时间长短，其中花岗岩最长，石英粗面岩最短，而花岗斑岩与石英斑岩则是在介乎两者间的时间内冷固的。陶瓷是以岩石作原料，而所以未能具有岩石般的颗粒，其主要缘由是，陶瓷原料不像岩石那样在高温下完全熔化，同时所需要的冷固时间也较短，这是自然岩石与人造岩石即陶瓷间的最大区分。有时与石英粗面岩同样成分之物，以熔融状态流到地面上而突然冷固，这样形成不含有像上述岩石那种用肉眼可见的石英、长石等颗粒，而形成全体一样的玻璃，即是所谓黑曜石和重晶石。由此可见岩石与陶瓷的本质一样，只有天工与人工的差异罢了。在花岗岩中含有二氧化硅特多的是半花岗岩和伟晶花岗岩。前者的长石与石英等的颗粒细小，后者则由特大的