碳化硅陶瓷是近二十年才發(fā)展起來的新型材料，由于其高強(qiáng)度，高硬度，耐腐蝕，耐高溫性能，被廣泛應(yīng)用于航空，航天，冶金，微電子，電力等領(lǐng)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(guī)則，有長棒狀，片狀和不規(guī)則狀的粉體。隨著粉體工程的日益增長和不斷進(jìn)步，碳化硅粉體的形狀根據(jù)各種陶瓷材料的應(yīng)用進(jìn)行了細(xì)致劃分，得到特定的形貌。有研究表明在改善顆粒增強(qiáng)金屬基材料的塑形和韌性的途徑與機(jī)理中，尖銳化的碳化硅粉體顆粒導(dǎo)致陶瓷材料內(nèi)的應(yīng)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(fù)合材料的高溫力學(xué)性能有很大的提高。

本文旨在介紹現(xiàn)有關(guān)于碳化硅粉體整形工藝的研究，探討各種工藝的可行性。現(xiàn)有研究關(guān)于碳化硅粉體整形工藝有:機(jī)械研磨法，氧化腐蝕結(jié)合研磨工藝，氣流磨法 。

圖1 硅微粉整形工藝

1、機(jī)械研磨工藝

在粉體工程中機(jī)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(qiáng)，否則會把粉體顆粒破碎，導(dǎo)致顆粒整形失敗。通過調(diào)整研磨工藝參數(shù)，使碳化硅粉體顆粒在磨機(jī)里發(fā)生軟磨擦，把顆粒的不規(guī)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(shè)備有：齒傳動(dòng)臥式球磨機(jī)，攪拌磨等，其中球磨整形的具體機(jī)理如圖所示：

圖3球磨機(jī)的工作狀態(tài)

根據(jù)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(yīng)該盡可能少設(shè)備對物料顆粒的破碎作用，增加研磨介質(zhì)與碳化硅粉體顆粒之間的研磨作用，以此方式實(shí)現(xiàn)對碳化硅粉體顆粒進(jìn)行整形。

研究表明應(yīng)用機(jī)械研磨工藝整形粉體受以下工藝參數(shù)影響：磨機(jī)的轉(zhuǎn)速，研磨介質(zhì)的填充，研磨介質(zhì)與物料的配比，研磨介質(zhì)的尺寸，漿體的固含和研磨時(shí)間等。整個(gè)過程通過調(diào)整各個(gè)工藝參數(shù)，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(guī)則部分磨掉。

2、氧化腐蝕結(jié)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(guī)則的部分先進(jìn)行氧化處理，然后再用機(jī)械研磨技術(shù)采用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)達(dá)到預(yù)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(fā)生氧化反應(yīng)，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(jié)牢固的二氧化硅薄膜，氧分子在這層膜中的擴(kuò)散系數(shù)很小，最終導(dǎo)致碳化硅氧化速度非常緩慢。其反應(yīng)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(fā)性的不致密的氧化物一氧化硅，由于其揮發(fā)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(yīng)式如下：

SiC(s)+O₂(g)=SiO(g)+CO(g)

步驟二：氫氧化鈉腐蝕工藝

不規(guī)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(guī)則的部分腐蝕掉。其反應(yīng)式如下：

SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O

該反應(yīng)一般需要加熱才能進(jìn)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(yīng)

步驟三：機(jī)械研磨

將腐蝕后的碳化硅顆粒再進(jìn)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(jìn)行整形，其原理與機(jī)械研磨相似，控制氣流破碎的粉碎強(qiáng)度，通過顆粒之間碰撞，磨擦，磨削作用進(jìn)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(shù)：空氣入口壓力，粉碎腔的氣固濃度，粉體在粉碎腔的停留時(shí)間，磨腔內(nèi)結(jié)構(gòu)等。

作者：Merton