碳化硅陶瓷是非氧化物陶瓷材料，不含任何的金屬元素，由碳與硅元素結(jié)合而成，類似金剛石的粒子結(jié)構(gòu)，所以是具有高強(qiáng)度，硬度以及耐高溫耐腐蝕陶瓷。工業(yè)陶瓷也是屬于非氧化物陶瓷中運(yùn)用最廣泛的陶瓷。
碳化硅陶瓷因其制備工藝不同，性能差異較大，應(yīng)用領(lǐng)域也各異，但主要是利用其耐高溫、耐磨、耐腐蝕等特性，用作高溫結(jié)構(gòu)材料、耐火材料、機(jī)械密封用耐磨材料、抗酸堿的耐腐蝕材料和高溫?zé)峤粨Q材料等。
碳化硅陶瓷因其制備工藝不同，性能差異較大，應(yīng)用領(lǐng)域也各異，但主要是利用其耐高溫、耐磨、耐腐蝕等特性，用作高溫結(jié)構(gòu)材料、耐火材料、機(jī)械密封用耐磨材料、抗酸堿的耐腐蝕材料和高溫?zé)峤粨Q材料等。
碳化硅陶瓷根據(jù)結(jié)合劑或燒結(jié)助劑的種類可分為氧化物結(jié)合、氮化物結(jié)合、反應(yīng)結(jié)合、液相燒結(jié)、固相燒結(jié)和再結(jié)晶等不同類型，其性能和使用溫度也差異較大。
a 氧化物結(jié)合碳化硅陶瓷工藝及應(yīng)用
主要以二氧化硅微粉為結(jié)合劑，與碳化硅顆粒表面的氧化層反應(yīng)形成無(wú)定形二氧化硅，將碳化硅顆粒結(jié)合為整體，其燒成溫度通常為1400-1450℃，可在氧化氣氛下燒成。氧化物結(jié)合碳化硅陶瓷中碳化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約90%，室溫抗彎強(qiáng)度為50-80MPa，由于結(jié)合劑為二氧化硅，在800℃以上強(qiáng)度開(kāi)始下降，最高使用溫度不超過(guò)1400℃，主要用作耐火材料、窯具材料、高溫過(guò)濾材料等。
主要以二氧化硅微粉為結(jié)合劑，與碳化硅顆粒表面的氧化層反應(yīng)形成無(wú)定形二氧化硅，將碳化硅顆粒結(jié)合為整體，其燒成溫度通常為1400-1450℃，可在氧化氣氛下燒成。氧化物結(jié)合碳化硅陶瓷中碳化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約90%，室溫抗彎強(qiáng)度為50-80MPa，由于結(jié)合劑為二氧化硅，在800℃以上強(qiáng)度開(kāi)始下降，最高使用溫度不超過(guò)1400℃，主要用作耐火材料、窯具材料、高溫過(guò)濾材料等。
b 氮化物結(jié)合碳化硅陶瓷工藝及應(yīng)用
以碳化硅粉體為主要原料，加入一定量硅粉（一般不超過(guò)15%），充分混合后在氮?dú)鈿夥障聼Y(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中硅粉與氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)生成的氮化硅將碳化硅顆粒結(jié)合為整體而得到的。氮化物結(jié)合碳化硅陶瓷的抗彎強(qiáng)度為100-200MPa，1000℃時(shí)其強(qiáng)度開(kāi)始下降。由于制品中殘留有少量硅，最高使用溫度不超過(guò)1500℃。
以碳化硅粉體為主要原料，加入一定量硅粉（一般不超過(guò)15%），充分混合后在氮?dú)鈿夥障聼Y(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中硅粉與氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)生成的氮化硅將碳化硅顆粒結(jié)合為整體而得到的。氮化物結(jié)合碳化硅陶瓷的抗彎強(qiáng)度為100-200MPa，1000℃時(shí)其強(qiáng)度開(kāi)始下降。由于制品中殘留有少量硅，最高使用溫度不超過(guò)1500℃。
c 反應(yīng)結(jié)合碳化硅陶瓷工藝及應(yīng)用
將碳化硅粉與一定量的碳粉混合均勻后在非氧化性氣氛下進(jìn)行液相滲硅（1400-1450℃），使液相硅與坯體中的碳反應(yīng)生成碳化硅，將坯體中的碳化硅顆粒結(jié)合為整體而得到的。由于反應(yīng)產(chǎn)物為碳化硅，且滲硅后降低了氣孔率，反應(yīng)結(jié)合碳化硅陶瓷的抗彎強(qiáng)度可達(dá)300-500MPa，但由于制品中會(huì)殘留較多的硅，在1000℃時(shí)強(qiáng)度開(kāi)始下降，其最高使用溫度不超過(guò)1400℃
將碳化硅粉與一定量的碳粉混合均勻后在非氧化性氣氛下進(jìn)行液相滲硅（1400-1450℃），使液相硅與坯體中的碳反應(yīng)生成碳化硅，將坯體中的碳化硅顆粒結(jié)合為整體而得到的。由于反應(yīng)產(chǎn)物為碳化硅，且滲硅后降低了氣孔率，反應(yīng)結(jié)合碳化硅陶瓷的抗彎強(qiáng)度可達(dá)300-500MPa，但由于制品中會(huì)殘留較多的硅，在1000℃時(shí)強(qiáng)度開(kāi)始下降，其最高使用溫度不超過(guò)1400℃
d 無(wú)壓燒結(jié)碳化硅陶瓷工藝及應(yīng)用
無(wú)壓燒結(jié)碳化硅陶瓷是一種致密燒結(jié)材料，相對(duì)密度可達(dá)99%，彎強(qiáng)度為400-600MPa。制備方法包括以氧化鋁和氧化釔為燒結(jié)助劑的液相燒結(jié)和以硼和碳為燒結(jié)助劑的固相燒結(jié)。
無(wú)壓燒結(jié)碳化硅陶瓷是一種致密燒結(jié)材料，相對(duì)密度可達(dá)99%，彎強(qiáng)度為400-600MPa。制備方法包括以氧化鋁和氧化釔為燒結(jié)助劑的液相燒結(jié)和以硼和碳為燒結(jié)助劑的固相燒結(jié)。
液相燒結(jié)助劑的添加量為6%-12%，燒結(jié)溫度在1800-2000℃之間；氧化鋁和氧化釔物質(zhì)的量比一般控制在5：3，以便在燒結(jié)過(guò)程中能形成釔鋁石榴石（Y3Al5O12YAG）晶相，以提高其高溫性能。固相燒結(jié)碳化硅陶瓷中硼和碳的添加量一般不超過(guò)２％，燒結(jié)溫度為2150-2250℃，通過(guò)固相擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)致密燒結(jié)。
由于燒結(jié)助劑用量少，且在燒結(jié)過(guò)程中不產(chǎn)生液相，因而固相燒結(jié)碳化硅陶瓷具有較好的高溫性能，其抗彎強(qiáng)度隨著溫度的升高呈增大趨勢(shì)，當(dāng)溫度達(dá)到1400℃以后才開(kāi)始下降，該陶瓷可在1600℃下長(zhǎng)期使用。
e 再結(jié)晶碳化硅(RSiC)陶瓷
一種不添加任何燒結(jié)助劑的高純度碳化硅材料，其純度可達(dá)99.5%它通過(guò)將粒徑為50-100mm的碳化硅粗顆粒和0.5-2mm的細(xì)顆粒按一定比例混合并加入成型助劑成型，然后在氬氣氣氛中于2300-2400℃高溫下燒結(jié)而成。
一種不添加任何燒結(jié)助劑的高純度碳化硅材料，其純度可達(dá)99.5%它通過(guò)將粒徑為50-100mm的碳化硅粗顆粒和0.5-2mm的細(xì)顆粒按一定比例混合并加入成型助劑成型，然后在氬氣氣氛中于2300-2400℃高溫下燒結(jié)而成。
RSiC在空氣環(huán)境中最高使用溫度可達(dá)1700℃，廣泛應(yīng)用于高溫窯具、噴嘴、太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換器、柴油車尾氣凈化裝置及金屬冶煉設(shè)備等對(duì)材料性能要求極為苛刻的制品上。此外，因再結(jié)晶碳化硅陶瓷具有良好的導(dǎo)熱性及半導(dǎo)體性質(zhì)，還在高溫領(lǐng)域作為熱交換材料、點(diǎn)火元件等功能材料使用。
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本文“非氧化物工業(yè)陶瓷材料中運(yùn)用最廣的---碳化硅陶”由科眾陶瓷編輯整理，修訂時(shí)間：2019-03-16 17:08:34
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