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碳化硅工業陶瓷粉體的制備介紹

碳化硅陶瓷是工業陶瓷中運用最廣的無金屬元素陶瓷,是一種超耐高溫陶瓷,它的結構性能都很高,同時就要求碳化硅材質顯微結構的精細化,所以碳化硅陶瓷粉體的制備成為高性能碳
碳化硅陶瓷是工業陶瓷中運用最廣的無金屬元素陶瓷,是一種超耐高溫陶瓷,它的結構性能都很高,同時就要求碳化硅材質顯微結構的精細化,所以碳化硅陶瓷粉體的制備成為高性能碳化硅陶瓷的關鍵一環。

碳化硅(silicon carbide),化學式為SiC,屬于共價鍵材料,C和Si同屬一族,均有四價的化合鍵,同時Si元素還具有金屬特性,兩種元素組成的物質,其結構上具有網狀、體型特點,性質上擁有高的強度,故碳化硅材料性能是良好的高溫強度、耐磨性、耐腐蝕性、高熱導、高絕緣性。

碳化硅陶瓷內部結構
碳化硅粉體的制備方法,既有傳統的固相反應法,又有最新的溶膠-凝膠(sol-gel)法、激光法、等離子法,本文從大體上按氣、固、液三項對常用的方法進行分類如下。

固相法

1.1.碳熱還原法
該法由Acheson發明,具體方法:在Acheson電爐中,石英砂中的二氧化硅被碳還原制得碳化硅,該法獲得的碳化硅顆粒較粗,耗電量大,反應方程式為:
SiO2+3C=SiC+2CO
隨后各國對Acheson法進行了改進,如潘順龍等[1],利用炭黑和水玻璃溶液為原料,氫氣為保護氣,在高溫石墨爐中1550℃條件下反應5小時,得到碳化硅粉體。
碳-硅直接反應法
1.2.1.自蔓延高溫合成法(SHS)
外加熱源點燃反應物坯體,利用材料在合成過程中放出的化學反應熱來自行維持合成過程。
SiO2+C+2Mg-SiC+2MgO
此法獲得的粉體純度高,粒度小,但需要酸洗等工序除去Mg。
1.2.2.機械合金化法
楊曉云等[2]將碳粉和硅粉按照1:1的摩爾比制成混合粉末,磨球和磨粉按質量比40:1封裝在氬氣罐中,在球磨機上進行機械球磨,25小時后得到平均晶粒尺寸約為6nm的碳化硅粉體。

碳化硅陶瓷環
液相法

2.1.溶膠-凝膠法
該法以液體化學試劑配制成Si的醇鹽前驅體,將它在低溫下溶于溶劑形成均勻的溶液,加入適當的凝固劑使得醇鹽發生水解、聚合反應后生成均勻而穩定的溶膠體系,再經過長時間放置或干燥處理,濃縮成Si和C在分子水平上的混合物或聚合物,繼續加熱形成組分均勻且粒徑細小的SiO2和C的兩相混合物,在1460~1600℃發生碳還原反應最終制得SiC細粉。
2.2.聚合物分解法
Chinag等[3]采用聚合物熱解方法形成玻璃碳浸入液態硅制備碳化硅陶瓷材料,采用三乙烯乙二醇、二羥基乙基醚和糠醇樹脂混合物,在有機酸的催化作用下發生聚合和糠醇相分離,然后熱解,形成微孔碳,最后液態硅燒結并去除游離硅。制得碳化硅粉體。
 
氣相法

3.1.氣相反應沉淀法
楊修春等對SiH4-C2H4-H2體系在1423~1673K進行研究,制得平均粒徑為11nm的碳化硅。
3.2.等離子法
于威等利用等離子體化學氣相沉淀法制備了碳化硅。
3.3.激光誘導氣相法
戰可濤等[6]以SiH4和C2H4為原料氣體,制備出平均粒徑為20nm。
 


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本文“碳化硅工業陶瓷粉體的制備介紹”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2019-03-16 17:09:00
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