碳化硅陶瓷具有高強度、高硬度、高耐磨性等優異的機械性能以及耐化學腐蝕等,已廣泛應用于各個工業領域以及航空航天領域。
進入新世紀之后,碳化硅材料因其優良的性能而得到越來越廣泛的應用,當然不同制備工藝制得的產品性能有一定的差別。目前,碳化硅粉體制備技術日趨完善,固相法原料便宜、質量穩定、易實現工業化生產,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、產量低,不易實現大批量生產。
碳化硅陶瓷制品
目前制備高固、低粘漿料和亞微米級的SiC高質量粉體仍是關鍵問題。碳化硅成型和燒結雖有有多種方法,但由于碳化硅陶瓷的難燒結性,因而它的制作工藝復雜和生產成本較昂貴。
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工藝仍是材料工作者的研究重點。與此同時,挖掘和開發碳化硅陶瓷(粉末)的所有滿足工業和工程應用領域的性能也是相關科研工作者的重要任務。下面來看一下,幾種最為普遍的工藝,其優點和缺點。
1、反應燒結法具有燒結溫度低的優點,但燒結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,粉料的復合化也容易實現;而且液相燒結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助劑形成液相才能使碳化硅坯體致密化。
3、熱壓燒結、熱等靜壓燒結和火花等離子體燒結碳化硅性能較高,其密度和強度通常要高于無壓燒結,但在燒結過程也都需要加入添加劑促進坯體的燒結致密化且生產成本高,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,從而影響了產品的力學性能。
5、合成法中固相法原料便宜、質量穩定、易實現工業化生產是它的主要優點,目前仍然是一種占主要地位的生產方法,其中用Acheson法制備的SiC年產量在百萬噸以上,國內每年的產量近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、產量低,不易實現大批量生產。
綜上所述,碳化硅陶瓷在許多工業領域中的應用顯示了其優良的性能,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領域。但是由于碳化硅陶瓷的難燒結性,因而它的制作工藝復雜和生產成本較昂貴。由此降低碳化硅陶瓷的燒成溫度和尋找新的廉價的生產工藝仍是材料工作者的研究重點,同時挖掘和開發碳化硅陶瓷(粉末)的所有優點造福于人類是相關科研單位的科研人員其首要的任務。
今后研究重點主要是通過改進各種制備工藝以降低生產成本,提高產品的致密度和減小晶粒的尺寸,以及通過第二相增強以提高產品的力學性能等,從而實現大規模的工業化生產,滿足工業和工程應用領域對相關材料日益苛刻的性能要求。
另外,SiC陶瓷因其具有優良的高溫強度、耐磨耐腐蝕性能以及抗熱震性而得到越來越廣泛的應用。SiC陶瓷在材料領域發揮著越來越重要的作用。因此,迫切需要在SiC材料方面進行進一步的研究,以便在不斷提高其優良性能的同時,降低生產成本,簡化生產工藝,推動SiC陶瓷產品的產業化。
目前,中國碳化硅磨料微粉行業產業整合基本完成,經過長達5年之久的蕭條后,小企業已經沒有存活的空間。很多家庭作坊式的企業已經徹底關閉。目前,能夠在市場中繼續生存的企業,都是進入行業較早,資金積累比較豐富的大型企業或者技術性企業。我們相信碳化硅陶瓷將有廣闊的發展和應用前景。
作者:施征
作者:粉體圈
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