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碳化硅陶瓷的幾種燒結方法及其優缺點
碳化硅陶瓷是一種非常好的耐腐蝕材料。碳化硅用于制造陶瓷時,燒結方法有多種,可以根據具體的加工環境選擇合適的燒結方法,提高燒結效率。
碳化硅陶瓷不僅具有較高的室溫強度、耐腐蝕性、耐磨性和較低的摩擦系數,還具有較高的高溫強度和抗蠕變性,使用溫度可達1600℃,是目前已知的陶瓷材料的高溫抗氧化性。
碳化硅陶瓷已廣泛應用于汽車、機械化、環保、航空航天技術、信息電子、能源等領域,成為許多工業領域不可替代的性能優異的結構陶瓷。下面介紹碳化硅陶瓷的燒結方法!
無壓燒結
無壓燒結被認為是SiCZ有前途的燒結方法。根據燒結機理的不同,無壓燒結可分為固相燒結和液相燒結。通過在超細β-SiC粉末中加入適量的B和C(氧含量小于2%),在2020℃燒結成密度大于98%的SiC燒結體。A.穆拉等人以Al2O3和Y2O3為添加劑,在1850-1950℃燒結0.5μmβ-SiC(顆粒表面有少量SiO2 _ 2)。所得SiC陶瓷的相對密度大于理論密度的95%,晶粒細小且平均。1.5微米。
熱壓燒結
Nadeau指出,純SiC只有在非常高的溫度下,不加任何燒結添加劑才能燒結致密,所以很多人在SiC上實施熱壓燒結工藝。關于添加燒結助劑熱壓燒結SiC的報道很多。Alliegro等人研究了金屬添加劑如硼、鋁、鎳、鐵和鉻對SiC致密化的影響。結果表明,鋁和鐵是促進SiC熱壓燒結Z有效的添加劑。F.F.Lange研究了添加不同量的Al2O3對熱壓燒結SiC性能的影響。認為熱壓燒結SiC的致密化與溶解和沉淀機制有關。但熱壓燒結工藝只能生產形狀簡單的SiC零件,一次熱壓燒結工藝生產的產品數量很少,不利于工業化生產。
熱等靜壓燒結
為了克服傳統燒結工藝的缺點,斯庫巴采用B型和C型添加劑,采用熱等靜壓燒結技術。在1900℃條件下,獲得了密度大于98的細晶陶瓷,室溫抗彎強度可達600 mpa。熱等靜壓燒結雖然可以獲得形狀復雜、力學性能良好的致密相產品,但hip燒結須密封留白,難以實現工業化生產。
反應燒結
反應燒結碳化硅又稱自結合碳化硅,是指多孔鋼坯與氣相或液相發生反應,以提高鋼坯質量,減少氣孔率,燒結出具有一定強度和尺寸精度的成品的過程。將α-SiC粉末和石墨按一定比例混合,加熱到1650℃左右形成坯料。同時通過氣態Si滲透或滲入坯體,與石墨反應生成β-SiC,與已有的α-SiC顆粒結合。當Si完全滲透時,可以獲得具有完全密度和尺寸無收縮的反應燒結體。與其他燒結工藝相比,反應燒結在致密化過程中尺寸變化小,可以制造出準確的產品。然而,燒結體中大量SiC的存在使得反應燒結SiC陶瓷的高溫性能變差。
無壓燒結SiC陶瓷、熱等靜壓燒結SiC陶瓷和反應燒結SiC陶瓷具有不同的性能。比如在燒結密度和抗彎強度方面,SiC陶瓷的熱壓燒結和熱等靜壓燒結相對較多,SiC的反應燒結相對較少。另一方面,SiC陶瓷的力學性能隨著燒結助劑的變化而變化。SiC陶瓷的無壓燒結、熱壓燒結和反應燒結具有良好的耐酸堿性,但反應燒結SiC陶瓷對HF等強酸的耐腐蝕性較差。當溫度低于900℃時,幾乎所有SiC陶瓷的抗彎強度都明顯高于高溫燒結陶瓷,超過1400℃時,反應燒結SiC陶瓷的抗彎強度急劇下降。對于無壓燒結和熱等靜壓燒結SiC陶瓷,高溫性能主要受添加劑種類的影響。
SiC陶瓷的四種燒結方法各有優勢。然而,隨著科學技術的快速發展,迫切需要提高SiC陶瓷的性能,不斷改進制造工藝,降低生產成本,實現SiC陶瓷的低溫燒結。為了降低能耗,降低生產成本,促進SiC陶瓷產品的產業化。
以上是對碳化硅陶瓷幾種燒結方法的優缺點的詳細介紹。希望大家可以根據自己的實際需求選擇適合自己的產品!