碳化硅致密陶瓷材料研究進(jìn)展

李孟

【摘 要】如今，碳化硅材料已經(jīng)在當(dāng)前社會(huì)有了廣泛的使用，主要原因在于其實(shí)用性較為顯著，能夠?yàn)樯鐣?huì)發(fā)展起到積極的作用。本文主要就碳化硅致密陶瓷材料的使用及其現(xiàn)實(shí)成果進(jìn)行全面分析，現(xiàn)以其制備方法為重要研究基礎(chǔ)，繼而就其性能實(shí)施分析。其次，文中還就其近年來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行全面的分析探究，以此為碳化硅致密陶瓷的日后發(fā)展提供一定的借鑒。

【關(guān)鍵詞】碳化硅陶瓷；致密材料；燒結(jié)方法

就現(xiàn)階段的陶瓷燒制而言，碳化硅陶瓷具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如其富有極強(qiáng)的抗氧化性。其次，其高溫強(qiáng)度較其他材料而言具有顯著的優(yōu)勢(shì)。除此之外，它還具有一定的耐磨性。在經(jīng)過了高溫?zé)浦螅摬牧系臒崤蛎浵禂?shù)仍舊比較小，并且其導(dǎo)熱效率比較理想。就其化學(xué)特點(diǎn)而言，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。目前，碳化硅陶瓷材料已經(jīng)在諸多行業(yè)均有涉及，如建筑以及航空領(lǐng)域等。在諸多領(lǐng)域中，這一材料通常被用于高溫?zé)茥l件下以及將其用于研磨劑等。除此之外，它在精密加工元件方面也有較為最突出的效果?，F(xiàn)就高效的制備方法與其性能進(jìn)行全面探究，從而推動(dòng)該行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。

一、反應(yīng)燒結(jié)法在碳化硅致密陶瓷領(lǐng)域的使用及其性能

在這一化學(xué)反應(yīng)的過程中，主要是炭和硅的反應(yīng)最終形成碳化硅。具體的操作如下：首先，確保多孔坯體的溫度保持在一千四百五十?dāng)z氏度至一千四百七十?dāng)z氏度，主要材料為碳顆粒以及碳化硅粉料等。此時(shí)高溫下的硅會(huì)逐漸熔融，繼而進(jìn)入到坯體之中。與此同時(shí)與碳進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，最終形成碳化硅。整個(gè)過程主要以放熱為主，所以必須積極為原始坯體融入相應(yīng)量的碳化硅顆粒物。合理管控原始坯體的氣孔率，主要的目的在于確保其空位置會(huì)有硅的液相流過。若是對(duì)氣孔率無法保證，那么在殘余硅的影響下次，最終便無法完成單相碳化硅陶瓷制備。通常情況下，硅的熔點(diǎn)數(shù)值若是低于溫度，則殘余硅便會(huì)出現(xiàn)溶解的現(xiàn)象，最終會(huì)使得產(chǎn)品強(qiáng)度有所降低。實(shí)施燒結(jié)事項(xiàng)后，可采用高溫使得陶瓷中的硅原料進(jìn)行揮發(fā)，那么最終的氣孔率會(huì)有所增高，并且其強(qiáng)度也會(huì)在一定的范圍內(nèi)。如今，反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)是較受歡迎的制備方式，并且其促使石英玻璃逐漸被取代。在制備高純碳化硅部件的時(shí)候，可采用高純硅以及高純的碳化硅粉材料。

二、無壓燒結(jié)法在碳化硅致密陶瓷領(lǐng)域的使用及其性能

所謂的無壓燒結(jié)法，指的是借助標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的環(huán)境中，使得材料與惰性氣體進(jìn)行反應(yīng)。這一反應(yīng)是有美國(guó)人發(fā)明的，他們觀察到B可促使熱壓燒結(jié)碳化硅逐漸趨向于燒結(jié)致密化成果。在此基礎(chǔ)上，逐漸將鋁、鐵等元素視為添加劑來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)碳化硅的燒結(jié)目標(biāo)。在一九七五年的時(shí)候，專家實(shí)驗(yàn)將C與B與碳化硅坯進(jìn)行融合，繼而采用無壓固相燒結(jié)的方式最終完成碳化硅陶瓷的制作活動(dòng)。此環(huán)節(jié)中使用的主要為高純的亞微米級(jí)碳化硅粉末，且在其中滲入部分碳與B。通過實(shí)驗(yàn)可得：固相燒結(jié)可使得坯體具有致密化效果，相變作用下的碳化硅會(huì)實(shí)現(xiàn)晶粉變化。而且，斷裂源的大小會(huì)影響到陶瓷的強(qiáng)度高低，即便是高溫對(duì)其的影響也會(huì)比較小。強(qiáng)共價(jià)鍵特性以及高熔點(diǎn)均是碳化硅的特性，因此諸多專家便就此實(shí)施了多方面的研究。相比較而言β-SiC的生產(chǎn)成本高于α-SiC，所以后者的實(shí)用性會(huì)更為凸顯。

三、液相燒結(jié)法在碳化硅致密陶瓷領(lǐng)域的使用及其性能

在一九七五年，氧化鋁開始被用在碳化硅的燒結(jié)環(huán)節(jié)里，旨在幫助碳化硅坯體逐漸趨向致密化。事實(shí)上，氧化鋁經(jīng)過高溫作用會(huì)融合碳化硅材料中的氧化硅實(shí)施反應(yīng)，繼而逐步出現(xiàn)液相狀態(tài)。而且其在碳化硅顆粒中會(huì)成為晶間相，與此同時(shí)借助液相傳質(zhì)環(huán)節(jié)可逐漸實(shí)現(xiàn)坯體致密化效果。相關(guān)專家在實(shí)驗(yàn)的過程中加入了高于百分之三的氧化鋁，并且借助熱等靜壓以及無壓燒結(jié)的方式，旨在對(duì)其力學(xué)性能以及組織實(shí)施全面的探究。依據(jù)燒結(jié)制度，可準(zhǔn)確了解到其密度以及強(qiáng)度等。如此一來，便可掌握關(guān)于碳化硅陶瓷微觀組織的高效技術(shù)，即原位控制技術(shù)。

四、火花等離子體燒結(jié)法

除以上制備技術(shù)之外，還有火花等離子體燒結(jié)方式。借助該技術(shù)能夠積極完成碳化硅致密陶瓷工作。這一技術(shù)是近年來較為流行的燒結(jié)技術(shù)之一，其具體操作如下：第一步需在石墨模具中加入適當(dāng)?shù)脑戏垠w，繼而提升溫度。與此同時(shí)，需要采用直流電脈沖以及單軸壓力的方式確保坯體受壓，故而便可在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)燒結(jié)的目標(biāo)。事實(shí)上，這一措施可以在低溫下進(jìn)行操作，借此能夠促使碳化硅致密燒結(jié)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)且能夠確保晶粒生長(zhǎng)速率合理。

五、結(jié)語

由以上內(nèi)容可知，如今社會(huì)生產(chǎn)環(huán)境下對(duì)碳化硅材料的使用逐漸普遍化。以上制備方式是較為普遍的方式之一，目前還有頗多的碳化硅致密陶瓷的制作方式。由于制備工藝不同，那么所得的產(chǎn)品效果也會(huì)各有不同。實(shí)踐可知，該領(lǐng)域的研究前景非?？捎^，故而相關(guān)專家應(yīng)積極探索其制備方式以及材料，從而提升現(xiàn)有技術(shù)水平。

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