国内外碳化硅陶瓷材料研究与应用进展

碳化硅陶瓷材料具有良好的耐磨性、导热性、抗氧化性及优异的高温力学性能,被广泛应用于能源环保、化工机械、半导体、国防军工等领域.然而,由于碳化硅为强共价键化合物,且具有低的扩散系数,导致其在制备过程中的主要问题之一是烧结致密化困难.因此,大量研究工作通过烧结技术的研究与烧结助剂的选择和优化等手段促进碳化硅致密化过程,降低烧结温度,细化晶粒,改善碳化硅陶瓷材料的各项性能.本文基于对碳化硅材料烧结行为、显微结构以及力学性能的认识,综述了碳化硅烧结工艺的发展及烧结助剂的选择标准,同时分析和介绍了碳化硅陶瓷材料在传统工业与现代科技领域的应用现状.     

西安交大成功制出多晶致密碳化硅陶瓷材料

日前,西安交通大学材料科学与工程学院先进陶瓷研究所用物理气相传输法成功制备出多晶致密碳化硅陶瓷材料,首次在不需添加烧结助剂的条件下获得了接近理论密度的纯碳化硅块体陶瓷材料,标志着西安交大在陶瓷研究方面获得重要进展。     

碳化硅陶瓷的研究进展

碳化硅陶瓷以优异的高温力学性能以及优良的耐化学腐蚀性能得到了越来越广泛的应用,本文重点介绍了碳化硅陶瓷的烧结工艺以及性能特点等。     

泡沫碳化硅陶瓷材料的研究进展

泡沫碳化硅陶瓷材料除了孔隙率高、比表面积大,还具有相对密度小、优良的热学、力学、电学、声学性能等特性,已经广泛应用于化工、机械、生物、环保等领域。本文总结了泡沫碳化硅陶瓷材料的主要制备技术,包括粉末烧结法、固相反应烧结法、含硅树脂热解法以及气相沉积法等。阐述了泡沫碳化硅陶瓷材料的几种优良特性,包括结构特征、流体阻力、抗氧化性、吸波性等。最后举例介绍了该陶瓷在催化、过滤、生物学等领域的应用现状,重点介绍了其作为塔内件在化工领域中的应用,指出为满足对泡沫碳化硅陶瓷更高性能的需求,不仅要对现有技术进行集成创新,更要挖掘和开发泡沫碳化硅的潜在优势。     

碳化硅陶瓷的发展与应用

碳化硅陶瓷以其优异的抗热震,耐高温,抗氧化和耐化学腐蚀等特性而广泛地应用于石油,化学,汽车,机械和宇航等工业领域中,并日益引起人们的重视,本文对各种ＳｉＣ陶瓷的制备方法,性能特点及其应用现状进行了综合评述。     

碳化硅陶瓷材料的制备工艺和应用研究进展

碳化硅陶瓷材料由于具有轻质高强、导热性能好、膨胀系数低、硬度高、抗氧化等优异的性能,被广泛用作高温结构部件。本文围绕碳化硅材料在光学反射镜材料的应用,对碳化硅材料的制备工艺和应用方面的进展作简要综述。     

西安交大成功制备出多晶致密碳化硅陶瓷材料

据悉,西安交通大学材料科学与工程学院先进陶饶研究所博士生戴培赞在杨建锋教授指导下用物理气相传输法成功制备出多晶致密碳化硅陶瓷材料,首次在不需添加烧结助剂的条件下获得了接近理论密度的纯碳化硅块体陶瓷材料,标志着西安交大存陶瓷研究方面获得重要进展。     

烧结碳化硅粉的化学分析

论述了烧结ＳｉＣ粉的化学分析，其杂质是来自使用的原料，加工工序和加工设备的腐蚀笥磨损。其主要的杂质有游离Ｃ，游离Ｓｉ，Ｏ，Ｎ，Ｓ，Ｃｌ，Ｆ，Ｎａ，Ｋ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｖ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ和Ｎｉ等，并讨论了试样制备和分析方法。有关杂质的作用的重要性，化学分析与质量控制，环境监测，烧结过程和烧结材料的性质等均已阐明。     

碳化硅及其复合材料的烧结

本文分析了ＳｉＣ及其复合材料设计与烧结关系,新烧结新工艺的特点和发展趋势,探讨ＳｉＣ及其复合材料烧结驱动力脑海在化烧结机理,讨论了助剂向我功能多组分发展趋势。     

碳化硅陶瓷的热等静压烧结

系统地研究了不同添加剂（如Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ和Ｂ４Ｃ等）在热等静压（ＨＩＰ）烧结条件下对ＳｉＣ陶瓷之致密机理，显微结构以及力学性能的影响，结果表明：在ＨＩＰ烧结过程中，Ａｌ２Ｏ３可以与ＳｉＣ颗粒表面的ＳｉＯ２生成低共熔的铝硅酸盐玻璃相，并有效地促进ＳｉＣ陶瓷的致密化，当添加３％（以质量计）Ａｌ２Ｏ３时，采用ＨＩＰ烧结工艺，在１８５０℃温度和２００ＭＰａ压力下降结１ｈ，就可获得相对密度和抗弯强度分别     

金属过滤器用高性能碳化硅泡沫陶瓷的制备

介绍了一种适用于大规模工业化生产高强度金属过滤用碳化硅泡沫陶瓷的方法。采用商用SiC粉体和聚氨酯泡沫通过2次挂浆工艺可以制备出最大平均抗弯强度达到2．87 MPa,平均孔径在3 mm左右,同时具备优良的抗热震性能和高达1700℃耐火度的碳化硅泡沫陶瓷。探讨了浆料的牯度、流变性能对挂浆性能的影响及第2次挂浆对强度的增强机理,说明1次浆料的触变性能和适当固相含量的2次浆料是高强度泡沫陶瓷制备的关键,而2次挂浆工艺对强度提高的主要贡献来源于第2次浆料对1次挂浆烧结后留下空洞的有效弥补。     

多孔碳化硅陶瓷的原位氧化反应制备及其性能

以SiC为陶瓷骨料,Al2O3作为添加剂,通过原位氧化反应制备了Sic多孔陶瓷,并对其氧化反应特性及性能进行了研究.结果表明:在1 300～1 500℃,随烧结温度的升高,SiC的氧化程度增加,SiC多孔陶瓷的强度逐渐增加,但开口孔隙率有所降低.莫来石相在1 500℃开始生成·当烧结温度升高到1 550℃时,莫来石大量生成,得到了孔结构相互贯通且颈部发育良好的莫来石结合SiC多孔陶瓷;由于在SiC颗粒表面上覆盖了致密的莫来石层,SiC的氧化受到抑制,开口孔隙率因而升高,SiC多孔陶瓷的强度因莫来石的大量生成而增加.由平均粒径为5.0um的SiC,并添加20%(质量分数)Al2O3,经1 550℃烧结2h制备的SiC多孔陶瓷具有良好的性能,其抗弯强度为158.7MPa、开口孔隙率为27.7%.     

无压烧结制备纳米复合碳化硅陶瓷

以水基喷雾造粒而成含5%(质量分数)纳米氮化钛(TiN)颗粒的碳化硅(SiC)造粒粉为原料,采用无压烧结制备纳米复合SiC陶瓷。分析了烧结温度及保温时间对复合陶瓷烧结特性与显微结构的影响规律。结果表明:采取二步烧结可以实现SiC陶瓷在晶粒不明显长大的前提下实现致密化,二步烧结,即先升温到1950℃保温15min后迅速降至1850℃烧结1h,制备的SiC陶瓷具有较高收缩率、较低质量损失以及较高的致密度;纳米TiN颗粒加入后能与基体(SiC,Al2O3)部分发生反应生成TiC和AlN,明显改善SiC陶瓷的烧结性能,获得等轴状、细晶显微结构和优越的力学性能。     

多孔碳化硅陶瓷的抗热震性研究

本文考察了多了孔碳化硅陶瓷的抗热震性,并探讨了不同制造工艺对多孔碳化硅陶瓷抗热震性的影响。同时研究了ＳｉＣ陶瓷在热处理过程中ＳｉＣ颗粒表面氧化形成的ＳｉＯ２在不同热处理温度的状态变化及其对试样抗热震性的影响。     

高温烧结制备含铝碳化硅纤维

对含较多氧的SiC(OAl)纤维进行高温处理,制备出近化学计量比的含铝碳化硅纤维,即SiC(Al)纤维.用X射线衍射分析、元素分析、扫描电镜、Raman光谱和29Si核磁共振谱等对烧成过程和SiC(Al)纤维的组成、结构以及性能进行了研究.研究发现:烧成过程中β-SiC的晶粒随着温度的升高而增大,纤维的直径逐渐降低;在1 300～1 600 ℃,由于CO和SiO气体的溢出,纤维结构逐渐变得疏松,抗拉强度下降;在1 600～1 800 ℃,随着温度的升高,仍有少量CO和SiO气体溢出,在烧结助剂铝的作用下,纤维结构逐渐致密,抗拉强度开始升高;在1 800 ℃烧成得到的SiC(Al)纤维,化学组成和结构与Nicalon纤维显著不同,具有近化学计量比组成,氧、游离碳以及SiCxOy相的含量大大低于Nicalon纤维,具有优良的耐高温性能和抗蠕变性能.     

用低纯碳化硅微粉烧结碳化硅陶瓷

用工业尾料低纯W3.5 μm SiC微粉为原料,在N2保护下烧结碳化硅(SiC)陶瓷.研究了低纯SiC微粉中杂质对SiC陶瓷力学性能的影响,对比了微粉提纯后材料的性能与结构.通过扫描电镜、金相显微镜分析材料的显微结构.结果表明:微粉杂质中SiO2、金属氧化物在SiC烧结温度下的放气反应是影响陶瓷材料力学性能的主要因素.由低纯SiC粉制得的材料的烧结密度达到(3.15±0.01)g/cm3,抗折强度达到(441±10)MPa.     

碳化硅纳米晶须的制备

以SiO2纳米粉和自制的树脂热解碳作原料,用一种新的加热设备－双重加热炉合成了直径在5－30nm范围内,长径比在50－300之间的碳化硅纳米晶须。用化学分析方法,X射线衍射仪、透射电子显微镜等手段对碳化硅纳米晶须进行了表征。研究结果表明：用双重加热炉合成碳化硅纳米晶须的最佳湿度范围为1250－1300℃,恒温时间为60－75min,碳化硅纳米晶须的产率最高可达82％（质量分数）。     

碳化硅陶瓷先驱体聚甲基硅烷的研究进展

介绍了聚甲基硅烷的主要合成方法和性能,特别是其反应活性和高温热裂解性能.综述了聚甲基硅烷及其改性先驱体应用于制备碳化硅纤维、碳化硅基复合材料、多孔陶瓷材料等领域的研究进展.聚甲基硅烷作为碳化辞陶瓷先驱体,其制备简单、热解产物接近碳化硅的化学计量比,具有广阔的应用前景.未来该领域的研究重点是聚甲基硅烷的规模化合成,低成本改性聚甲基硅烷先驱体研究,聚甲基硅烷系列复合先驱体的制备等.     

类球形亚微米碳化硅粉体的制备

采用包混工艺将酚醛树脂和硅粉制备成粉体先驱体,然后经碳化和煅烧,制备出球形度好、粒径分布窄且均匀的亚微米碳化硅粉体,其平均粒径约为0.1μm.亚微米碳化硅粉体的生成过程为:硅-酚醛树脂核壳粉体先驱体经过800℃碳化处理生成硅-碳核壳粉料;在1 500℃烧结,液态硅与碳壳内层反应生成碳化硅层;在热应力和液态硅的冲击下碳化硅壳破碎,形成的亚微米碳化硅颗粒进入液态硅中,通过碳化硅生成、破碎的不断循环,新的碳化硅层不断向碳层推进直至完全生成亚微米碳化硅球形粉体.