碳化硅特性

1、碳化硅特性碳化硅是一種人工合成的碳化物，分子式為SiC。通常是由二氧化硅和碳在通電后2000℃以上的高溫下形成的。碳化硅理論密度是3.18gcm3，其莫氏硬度僅次于金剛石，在9.29.8之間，顯微硬度3300kgmm3，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性及較高的高溫強度等特點，被用于各種耐磨、耐蝕和耐高溫的機械零部件，是一種新型的工程陶瓷新材料。純碳化硅是無色透明的結(jié)晶工業(yè)碳化硅有無色、淡黃色、淺綠色、深綠色、淺藍色、深藍色乃至黑色

2、的透明程度依次降低。磨料行業(yè)把碳化硅按色澤分為黑色碳化硅和綠色碳化硅2類。其中無色的至深綠色的都歸入綠色碳化硅類淺蘭色的至黑色的則歸入黑色碳化硅類。黑色和綠色這2種碳化硅的機械性能略有不同綠色碳化硅較脆制成的磨具富于自銳性黑碳化硅較韌。碳化硅結(jié)晶結(jié)構(gòu)碳化硅結(jié)晶結(jié)構(gòu)是一種典型的共價鍵結(jié)合的化合物，自然界幾乎不存在。碳化硅晶格的基本結(jié)構(gòu)單元是相互穿插的SiC4和CSi4四面體。四面體共邊形成平面層，并以頂點與下一疊層四面體相連形成三維結(jié)構(gòu)。

3、SiC具有α和β兩種晶型。β－SiC的晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系，Si和C分別組成面心立方晶格；α－SiC存在著4H、15R和6H等100余種多型體，其中，6H多型體為工業(yè)應用上最為普遍的一種。αSiC是高溫穩(wěn)定型βSiC是低溫穩(wěn)定型。βSiC在2100～2400℃可轉(zhuǎn)變?yōu)棣罶iCβSiC可在1450℃左右溫度下由簡單的硅和碳混合物制得。在溫度低于1600℃時，SiC以β－SiC形式存在。當高于1600℃時，β－SiC緩慢轉(zhuǎn)變成α－SiC的各種

4、多型體。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型體均需在2100℃以上的高溫才易生成；對于6H－SiC，即使溫度超過2200℃，也是非常穩(wěn)定的。常見的SiC多形體列于下表：灰無煙煤制取加入NaCl和木屑作為添加劑一般在2000～2400℃的電弧爐中反應合成。整個反應爐由可移動的耐火磚組成長10～20m寬與高3～4m可容納400t石墨電極放在兩端通電后產(chǎn)生高溫。由于反應過程中整個電弧爐很大溫度場的分布不均勻中心溫度遠高于爐壁

5、溫度因此造成在碳化硅的合成爐生成帶中產(chǎn)物的不均勻并常有不純物質(zhì)核芯部位的產(chǎn)物是純的綠色碳化硅向外雜質(zhì)較多一般雜質(zhì)為鐵、鋁、碳等因此顏色呈黑色(原因是用于合成的石英砂和焦炭通常含有Al和Fe等金屬雜質(zhì)故所得到的SiC一般都固溶有少量的雜質(zhì)。其中雜質(zhì)含量少的呈綠色被稱為綠色碳化硅雜質(zhì)含量多的呈黑色被稱為黑色碳化硅)。采用該方法生產(chǎn)的也可稱為高溫法碳化硅它的相為αSiC。用此方法生產(chǎn)的碳化硅如果要用到陶瓷生產(chǎn)中還需經(jīng)過粉碎與提純處理達到所需的

6、純度與粒度后方能使用。碳化硅陶瓷的燒結(jié)工藝碳化硅陶瓷的燒結(jié)工藝主要有重結(jié)晶碳化硅陶瓷、反應燒結(jié)碳化硅陶瓷、無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷、熱壓燒結(jié)碳化硅陶瓷、高溫熱等靜壓燒結(jié)碳化硅陶瓷以及化學氣相沉積碳化硅等。碳化硅是一種典型的共價鍵結(jié)合的穩(wěn)定化合物加上它的擴散系數(shù)低很難用常規(guī)的燒結(jié)方法達到致密化必須通過添加一些燒結(jié)助劑以降低表面能或增加表面積以及采用特殊工藝處理來獲得致密的碳化硅陶瓷。通過無壓燒結(jié)工藝可以制備出復雜形狀和大尺寸的SiC部件，因此，

7、被認為是SiC陶瓷最有前途的燒結(jié)方法。采用熱壓燒結(jié)工藝只能制備簡單形狀的SiC部件，而且一次熱燒結(jié)過程所制備的產(chǎn)品數(shù)量很小，因而，不利于商業(yè)化生產(chǎn)。盡管熱等靜壓工藝可以獲得復雜形狀的SiC制品，但必須對素坯進行包封，所以，也很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。通過反應燒結(jié)工藝可以制備出復雜形狀的SiC部件，而且其燒結(jié)溫度較低，但是，反應燒結(jié)SiC陶瓷的高溫性能較差。表1給出了無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和反應燒結(jié)中SiC陶瓷的某些性能。顯然SiC陶

8、瓷的性能因燒結(jié)法的不同而不同。一般來說，無壓燒結(jié)SiC陶瓷的綜合性能優(yōu)于反應燒結(jié)的SiC，但遜色于熱壓燒結(jié)和熱等靜壓燒結(jié)的SiC。不同燒結(jié)方法性能對照表不同燒結(jié)方法性能對照表反應燒結(jié)碳化硅陶瓷反應燒結(jié)碳化硅陶瓷的制備工藝較為簡單它直接采用一定顆粒級配的碳化硅(一般為1～10μm)與碳混和后形成素坯然后在高溫下進行滲硅部分硅與碳反應生成SiC與原來坯體中的SiC結(jié)合達到燒結(jié)目的。滲硅的方法有2種一種是溫度達到硅的熔融溫度產(chǎn)生硅的液相通過毛

9、細管的作用硅直接進入坯體與碳反應生成碳化硅達到燒結(jié)另一種是溫度大于硅的熔融溫度產(chǎn)生硅的蒸汽通過硅蒸汽滲入坯體以達到燒結(jié)。前一種方法燒結(jié)后殘留游離硅一般較多通常達到10%～15%有時會達到15%以上這將給制品性能帶來不利。用氣相法滲硅由于坯體的預留氣孔可以盡量少燒結(jié)后的游離硅含量可降到10%以下有些工藝控制的好可以降到8%以下制品的各項性能大為提高。反應燒結(jié)碳化硅的燒結(jié)溫度為1450～1700℃。碳與碳化硅的骨架可以預先切削成任何形狀且燒