中國粉體網(wǎng)訊 碳化硅陶瓷具有高硬度、高熔點(diǎn)、高耐磨性和耐腐蝕性，以及優(yōu)良的抗氧化性、高溫強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱震性、導(dǎo)熱性能和氣密性，具有廣泛的應(yīng)用。
目前，碳化硅陶瓷的燒結(jié)方法主要有熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、重結(jié)晶燒結(jié)、微波燒結(jié)和放電等離子燒結(jié)法等。
熱壓燒結(jié)
熱壓燒結(jié)是把碳化硅粉末置于模具中，在加溫的同時(shí)施加20~50MPa的軸向壓力，這樣有助于增大顆粒之間的接觸、擴(kuò)散和流動等過程，加快材料燒結(jié)過程中的重排和致密化。
碳化硅坯體熱（等靜）壓燒結(jié)工藝流程圖
熱壓燒結(jié)工藝簡單，制品的致密度高，可達(dá)理論密度的99%以上。由于熱壓燒結(jié)的溫度較低，從而抑制了晶粒的生長，所得燒結(jié)體晶粒較細(xì)，強(qiáng)度較高。但熱壓燒結(jié)設(shè)備復(fù)雜，模具材料要求高，生產(chǎn)工藝要求嚴(yán)格，只適合制備簡單形狀的零件，且能源消耗較大，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高。
無壓燒結(jié)
碳化硅的無壓燒結(jié)工藝可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩種。
固相燒結(jié)的主要缺點(diǎn)為：需要較高的燒結(jié)溫度（＞2000℃），對原材料的純度要求較高，并且燒結(jié)體斷裂韌性較低，有較強(qiáng)的裂紋強(qiáng)度敏感性，在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為晶粒粗大且均勻性差，斷裂模式為典型的穿晶斷裂。近年來，國內(nèi)外對碳化硅陶瓷材料的研究多集中在液相燒結(jié)上。
固相燒結(jié)和液相燒結(jié)材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
液相燒結(jié)的實(shí)現(xiàn)是以一定數(shù)量的多元低共熔氧化物為燒結(jié)助劑，如Y2O3的二元、三元助劑都能使SiC及其復(fù)合材料呈現(xiàn)液相燒結(jié)，在較低溫度下實(shí)現(xiàn)材料致密化，同時(shí)由于晶界液相的引入和獨(dú)特的界面結(jié)合強(qiáng)度的弱化，陶瓷材料的斷裂方式轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐嗔涯Ｊ剑瑥亩固沾刹牧系臄嗔秧g性顯著提高。
反應(yīng)燒結(jié)
反應(yīng)燒結(jié)法制備碳化硅工藝是在碳化硅粉料中預(yù)混入適量含碳物質(zhì)，利用高溫使碳與碳化硅粉料中殘余硅反應(yīng)合成新的碳化硅，從而形成致密結(jié)構(gòu)的碳化硅陶瓷。
碳化硅坯體反應(yīng)燒結(jié)流程圖
反應(yīng)燒結(jié)工藝具有燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短，近凈尺寸成型等優(yōu)點(diǎn)，是一種制備大尺寸，形狀復(fù)雜的碳化硅陶瓷制品的最有效的方法。但反應(yīng)燒結(jié)容易出現(xiàn)燒結(jié)產(chǎn)品密度不均勻、燒結(jié)產(chǎn)品易開裂以及燒結(jié)過程中滲硅不充分等問題，且此燒結(jié)工藝對原料要求高，能耗大，生產(chǎn)成本大。
重結(jié)晶燒結(jié)
重結(jié)晶SiC陶瓷材料是不同粒徑的SiC顆粒以一定比列級配后成型為素坯，素坯中細(xì)顆�？删鶆蚍植加诖诸w粒之間的孔隙中，然后在2100℃以上的高溫及一定流量的保護(hù)氣氛下，SiC細(xì)顆粒逐漸蒸發(fā)后在粗顆粒接觸點(diǎn)處凝聚淀析，直到細(xì)顆粒完全消失。這種蒸發(fā)-凝聚機(jī)理作用的結(jié)果，使得在顆粒的頸部形成新的晶界，從而造成細(xì)顆粒被遷移，形成大顆粒之間的連橋結(jié)構(gòu)及具有一定氣孔率的燒結(jié)體。
這種陶瓷材料盡管存在明顯的頸部生長過程，但不產(chǎn)生收縮。結(jié)果產(chǎn)品的密度在燒結(jié)過程中基本無變化，所以其強(qiáng)度相對低一些。但其優(yōu)點(diǎn)是陶瓷材料在燒結(jié)過程中不需要任何燒結(jié)助劑，燒結(jié)體為單一SiC晶相，材料的抗氧化性能極佳，同時(shí)，該燒結(jié)工藝能生產(chǎn)高精度尺寸、無變形的大型產(chǎn)品。
微波燒結(jié)
相對于傳統(tǒng)燒結(jié)工藝，微波燒結(jié)是利用微波電磁場中材料的介質(zhì)損耗使材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)燒結(jié)和致密化。與常規(guī)燒結(jié)方式相比，微波燒結(jié)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如燒結(jié)溫度低、加熱速度快、獲得的材料致密性好等，同時(shí)微波燒結(jié)加速了材料的傳質(zhì)過程，從而能獲得細(xì)晶粒材料。
放電等離子燒結(jié)
放電等離子燒結(jié)技術(shù)是制備塊體材料的一種全新的粉末冶金技術(shù)，它利用高能電火花在較低的溫度和較短的時(shí)間內(nèi)完成試樣的燒結(jié)過程，可用于制備金屬材料、陶瓷材料和復(fù)合材料。燒結(jié)過程中，顆粒間的瞬間放電和高溫等離子體可以破碎或去除粉末顆粒表面雜質(zhì)（如氧化膜等）和吸附的氣體，活化粉末顆粒表面，提高燒結(jié)質(zhì)量和效率。
利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，對添加Al2O3和Y2O3助燒劑的SiC微粉進(jìn)行快速燒結(jié)，可以得到致密的碳化硅陶瓷。
參考資料：
鄧明進(jìn).高性能反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料制備及其性能研究
葉常青、吳振偉等.碳化硅陶瓷材料的制備工藝和應(yīng)用研究進(jìn)展
郝斌.微波燒結(jié)碳化硅的制備
王靜、張玉軍等.無壓燒結(jié)碳化硅研究進(jìn)展
張勇、何新波等.碳化硅陶瓷的放電等離子燒結(jié)
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