碳化硅陶瓷是近二十年才發展起來的新型材料，由于其高強度，高硬度，耐腐蝕，耐高溫性能，被廣泛應用于航空，航天，冶金，微電子，電力等領域。

用于制造碳化硅陶瓷的原料---碳化硅微粉，主要以人工合成為主，其粉體形狀一般都不太規則，有長棒狀，片狀和不規則狀的粉體。隨著粉體工程的日益增長和不斷進步，碳化硅粉體的形狀根據各種陶瓷材料的應用進行了細致劃分，得到特定的形貌。有研究表明在改善顆粒增強金屬基材料的塑形和韌性的途徑與機理中，尖銳化的碳化硅粉體顆粒導致陶瓷材料內的應變集中和顆粒尖端斷裂的可能性加劇，鈍化后的球形碳化硅顆粒對陶瓷基復合材料的高溫力學性能有很大的提高。

本文旨在介紹現有關于碳化硅粉體整形工藝的研究，探討各種工藝的可行性。現有研究關于碳化硅粉體整形工藝有:機械研磨法，氧化腐蝕結合研磨工藝，氣流磨法 。

圖1 硅微粉整形工藝

1、機械研磨工藝

在粉體工程中機械研磨主要用于粉體的粉碎，而用于粉體的整形的研磨破碎作用力不能太強，否則會把粉體顆粒破碎，導致顆粒整形失敗。通過調整研磨工藝參數，使碳化硅粉體顆粒在磨機里發生軟磨擦，把顆粒的不規則部分研磨掉。

圖2 碳化硅整形前后的SEM圖（洛陽啟星供圖）

常用的整形工藝設備有：齒傳動臥式球磨機，攪拌磨等，其中球磨整形的具體機理如圖所示：

圖3球磨機的工作狀態

根據上圖分析可知，對粉體顆粒起到破碎作用基本是以瀉落和拋落的形式，因此利用該方法對顆粒整形應該盡可能少設備對物料顆粒的破碎作用，增加研磨介質與碳化硅粉體顆粒之間的研磨作用，以此方式實現對碳化硅粉體顆粒進行整形。

研究表明應用機械研磨工藝整形粉體受以下工藝參數影響：磨機的轉速，研磨介質的填充，研磨介質與物料的配比，研磨介質的尺寸，漿體的固含和研磨時間等。整個過程通過調整各個工藝參數，一方面保證粉體顆粒不破碎，另一方面通過研磨慢慢把碳化硅粉體顆粒的不規則部分磨掉。

2、氧化腐蝕結合研磨工藝

這種工藝原理：先通過高溫把碳化硅顆粒的不規則的部分先進行氧化處理，然后再用機械研磨技術采用適當的工藝參數達到預期的整形的目的。

步驟一：碳化硅氧化處理

碳化硅本身是非氧化物材料，在高溫下會發生氧化反應，其氧化方式分為惰性氧化和活性氧化。

1）惰性氧化：在高溫的情況下，碳化硅顆粒表面會形成一層很薄，致密，粘結牢固的二氧化硅薄膜，氧分子在這層膜中的擴散系數很小，最終導致碳化硅氧化速度非常緩慢。其反應式如下：

表層的碳化硅變成二氧化硅使顆粒的凈重增加

2 ）活性氧化：在高溫和高氧壓的情況下，碳化硅顆粒表面會生成揮發性的不致密的氧化物一氧化硅，由于其揮發性使碳化硅顆粒表面不能形成致密的二氧化硅薄膜，促使氧化速度加快。其反應式如下：

SiC(s)+O₂(g)=SiO(g)+CO(g)

步驟二：氫氧化鈉腐蝕工藝

不規則的碳化硅粉體惰性氧化處理，其棱角部分被完全氧化后，利用氫氧化鈉或者氫氟酸腐蝕，把粉體顆粒不規則的部分腐蝕掉。其反應式如下：

SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O

該反應一般需要加熱才能進行。氫氧化鈉一般在高溫或水溶液的情

況下與二氧化硅反應

步驟三：機械研磨

將腐蝕后的碳化硅顆粒再進行研磨處理，得出球型度高的碳化硅

顆粒。

3. 流化床氣流磨

利用氣流磨對碳化硅粉體顆粒進行整形，其原理與機械研磨相似，控制氣流破碎的粉碎強度，通過顆粒之間碰撞，磨擦，磨削作用進行整形，去除顆粒的棱角邊，可獲得球形化極好的微粉。 工藝控制參數：空氣入口壓力，粉碎腔的氣固濃度，粉體在粉碎腔的停留時間，磨腔內結構等。

作者：Merton