制造碳化硅陶瓷的方法
、无压烧结
1974年美国GE公司通过在高纯度β-SiC细粉中同时加入少量的B和C,采用无压烧结工艺,于2020℃成功地获得高密度SiC陶瓷。目前,该工艺已成为制备SiC陶瓷的主要方法。美国GE公司研究者认为:晶界能与表面能之比小于1.732是致密化的热力学条件,当同时添加B和C后,B固溶到SiC中,使晶界能降低,C把SiC粒子表面的SiO2还原除去,提高表面能,因此B和C的添加为SiC的致密化创造了热力学方面的有利条件。然而,日本研究人员却认为SiC的致密并不存在热力学方面的限制。还有学者认为,SiC的致密化机理可能是液相烧结,他们发现:在同时添加B和C的β-SiC烧结体中,有富B的液相存在于晶界处。关于无压烧结机理,目前尚无定论。
以α-SiC为原料,同时添加B和C,也同样可实现SiC的致密烧结。
研究表明:单独使用B和C作添加剂,无助于SiC陶瓷充分致密。只有同时添加B和C时,才能实现SiC陶瓷的高密度化。为了SiC的致密烧结,SiC粉料的比表面积应在10m2/g以上,且氧含量尽可能低。B的添加量在0.5%左右,C的添加量取决于SiC原料中氧含量高低,通常C的添加量与SiC粉料中的氧含量成正比。
最近,有研究者在亚微米SiC粉料中加入Al2O3和Y2O3,在1850℃~2000℃温度下实现SiC的致密烧结。由于烧结温度低而具有明显细化的微观结构,因而,其强度和韧性大大改善。
2、热压烧结
50年代中期,美国Norton公司就开始研究B、Ni、Cr、Fe、Al等金属添加物对SiC热压烧结的影响。实验表明:Al和Fe是促进SiC热压致密化的最有效的添加剂。
有研究者以Al2O3为添加剂,通过热压烧结工艺,也实现了SiC的致密化,并认为其机理是液相烧结。此外,还有研究者分别以B4C、B或B与C,Al2O3和C、Al2O3和Y2O3、Be、B4C与C作添加剂,采用热压烧结,也都获得了致密SiC陶瓷。
研究表明:烧结体的显微结构以及力学、热学等性能会因添加剂的种类不同而异。如:当采用B或B的化合物为添加剂,热压SiC的晶粒尺寸较小,但强度高。当选用Be作添加剂,热压SiC陶瓷具有较高的导热系数。
3、热等静压烧结:
近年来,为进一步提高SiC陶瓷的力学性能,研究人员进行了SiC陶瓷的热等静压工艺的研究工作。研究人员以B和C为添加剂,采用热等静压烧结工艺,在1900℃便获得高密度SiC烧结体。更进一步,通过该工艺,在2000℃和138MPa压力下,成功实现无添加剂SiC陶瓷的致密烧结。
研究表明:当SiC粉末的粒径小于0.6μm时,即使不引入任何添加剂,通过热等静压烧结,在1950℃即可使其致密化。如选用比表面积为24m2/g的SiC超细粉,采用热等静压烧结工艺,在1850℃便可获得高致密度的无添加剂SiC陶瓷。
另外,Al2O3是热等静压烧结SiC陶瓷的有效添加剂。而C的添加对SiC陶瓷的热等静压烧结致密化不起作用,过量的C甚至会抑制SiC陶瓷的烧结。
4、反应烧结:
SiC的反应烧结法最早在美国研究成功。反应烧结的工艺过程为:先将α-SiC粉和石墨粉按比例混匀,经干压、挤压或注浆等方法制成多孔坯体。在高温下与液态Si接触,坯体中的C与渗入的Si反应,生成β-SiC,并与α-SiC相结合,过量的Si填充于气孔,从而得到无孔致密的反应烧结体。反应烧结SiC通常含有8%的游离Si。因此,为保证渗Si的完全,素坯应具有足够的孔隙度。一般通过调整最初混合料中α-SiC和C的含量,α-SiC的粒度级配,C的形状和粒度以及成型压力等手段来获得适当的素坯密度。
实验表明,采用无压烧结、热压烧结、热等静压烧结和反应烧结的SiC陶瓷具有各异的性能特点。如就烧结密度和抗弯强度来说,热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较多,反应烧结SiC相对较低。另一方面,SiC陶瓷的力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。无压烧结、热压烧结和反应烧结SiC陶瓷对强酸、强碱具有良好的抵抗力,但反应烧结SiC陶瓷对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比较来看,当温度低于900℃时,几乎所有SiC陶瓷强度均有所提高;当温度超过1400℃时,反应烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。(这是由于烧结体中含有一定量的游离Si,当超过一定温度抗弯强度急剧下降所致)对于无压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷,其耐高温性能主要受添加剂种类的影响。
总之,SiC陶瓷的性能因烧结方法不同而不同。一般说来,无压烧结SiC陶瓷的综合性能优于反应烧结的SiC陶瓷,但次于热压烧结和热等静压烧结的SiC陶瓷。
1、摞泥
淘好的瓷泥并不能立即使用,要将其分割开来,摞成柱状,以便于储存和拉坯用。
2、拉坯
将摞好的瓷泥放入大转盘内,通过旋转转盘,用手和拉坯工具,将瓷泥拉成瓷坯。
3、印模
印坯拉好的瓷坯只是一个雏形,还需要根据要做的形状选取不同的印模将瓷坯印成各种不同的形状。
4、修坯
刚印好的毛坯厚薄不均,需要通过修坯这一工序将印好的坯修刮整齐和匀称,修坯又分为湿修和干修。
5、捺水
捺水是一道必不可少的工序,即用清水洗去坯上的尘土,为接下来的画坯、上釉等工序做好准备工作。
6、画坯
在坯上作画是陶瓷艺术的一大特色,画坯有好多种,有写意的、有贴好画纸勾画的,无论怎样画坯都是陶瓷工序的点睛之笔。
7、上釉
画好的瓷坯,粗糙而又呆涩,上好釉后则全然不同,光滑而又明亮:不同的上釉手法,又有全然不同的效果,常用的上釉方法有浸釉、淋釉、荡釉、喷釉、刷釉等。
8、烧窑
千年窑火,延绵不息,经过数十道工序精雕细琢的瓷坯,在窑内经受千度高温的烧炼,就像一只丑小鸭行将达化一只美天鹅。有气窑、电窑(加热方法)等。
9、成瓷
经过几天的烧炼,窑内的瓷坯已变成了件件精美的瓷器,从打开的窑门中迫不及待地脱颖而出。
10、修补
成瓷缺陷的修补,一件完美的瓷器有时烧出来会有一点瑕疵,用JS916-2(劲素成)进行修补,可以让成瓷更完美。
陶瓷的保养
1、 日常清洁可用家用洗洁精。
2、 用肥皂加少许氨水或先用等量亚麻子与松节油的混合物,去污性更强,可将瓷砖擦的更有光泽。
3、 如将浓茶或墨水等染色性强的液体洒在砖上面,应立即擦洗干净。
4、 定期为抛光砖打蜡,取得持久保护作用,时间间隔2—3个月为宜。
5、 如砖面出现少许划痕,在划痕处涂牙膏,用柔软的干布用力擦拭可以把划痕擦干净。
碳化硅陶瓷的耐磨性能优异
碳化硅陶瓷这个产品经过了研究测定的,碳化硅陶瓷这个产品的耐磨性相当于266倍的锰钢,相当于1741倍的高铬铸铁,耐磨性上面是非常好的,这样的话碳化硅陶瓷这个产品在使用的时候是能够大大的减少设备磨损的,就能够减少维修的频次和费用的话,还是可以为我们节约不少金钱费用的,碳化硅陶瓷是能够连续使用十年以上的时间的。
碳化硅陶瓷的强度高、硬度高、重量轻
作为一个新型的材料,碳化硅陶瓷这个产品的使用强度上面是非常高,硬度高,重量上面也是非常轻的,这样的碳化硅陶瓷在使用的时候,安装与更换上面会更加的方便的。
碳化硅陶瓷的内壁光滑,不堵粉料
碳化硅陶瓷这个产品是经过了高温来烧制的,所以碳化硅陶瓷的结构上面是比较致密的,表面上面是光滑的,使用起来的美观性会更加的好,这样用于家庭中的话,美观性上面会更加的好了。
碳化硅陶瓷的造价低
碳化硅陶瓷这个产品本身的制造上面的花费是比较少的,所以我们购买碳化硅陶瓷的价格花费也就不需要过多了,这样对于我们的家庭来说的话,也是能够节省不少的金钱开销的。
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随着科学技术的发展,特别是能源、空间技术的高度发展,经常要求材料必须有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优越性能,才能在比较苛刻的工作环境中使用。由于碳化硅
陶瓷材料具有抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性,已成为尖端科学的重要
组成部分,受到普遍重视。碳化硅陶瓷大量应用于石油化工、冶金机械、航空航天、微电子、汽车、钢铁等领域,并日益显示出其他特种陶瓷所无法比拟的优点。
碳化硅陶瓷常见应用简介:
1、耐火材料
国外将碳化硅用作耐火材料的数量大于用作磨料。我国亦在不断扩大这方面的应用,根据国外厂商的习惯,耐火材料黑色碳化硅通常分为3种牌号:
A、高级耐火材料黑碳化硅。这种牌号的化学成分要求与磨料用黑色碳化硅完全相同,主要用以制造高级碳化硅制品,如重结晶碳化硅制品、燃气轮机构件、喷嘴、氮化硅结合碳化硅制件、高炉高温区衬材、高温窑炉构件、高温窑装窑支承件、耐火匣钵等。
B、二级耐火材料黑色碳化硅,含碳化硅大于90%。主要用于制造耐中等高温的窑炉构件,如马弗炉炉衬材料等。这些构件除利用碳化硅的耐热性、导热性外,在很多场合还兼用它的化学稳定性。
C、低品位耐火材料黑色碳化硅,其碳化硅含量要求大于83%,主要用于出铁槽、铁水包,炼锌业和海绵铁制造业等的内衬。
2、军事方面
用 碳化硅陶瓷与其他材料一起组成的燃烧室及喷嘴,已应用于火箭技术中。碳化硅基复合材料制备的阿丽亚娜火箭尾喷管已成功应用。碳化硅密度居中,比Al2O3
轻20%,硬度和弹性模量较高,价格比B4C低得多,还可用于装甲车辆和飞机机腹及防弹防刺衣等。碳化硅材料还具有自润滑性及摩擦系数小,约为硬质合金的
一半。它的抗热震性好、弹性模量高等特点在一些特殊地方获应用,如用来制成高功率的激光反射镜其性能优于铜质,由于密度低、刚性好、变形小。CVD与反应
烧结的碳化硅轻量化反射镜已经在空间技术中大量使用。
3、电气和电工
利 用碳化硅陶瓷的高热导性能,绝缘性好作为大规模集成电路的基片和封装材料。碳化硅发热体是一种常用的加热元件,由于它具有操作简单方便,使用寿命长,使用
范围广等优点,成为发热材料中最经久耐用且价廉物美的一种,使用温度可达1600℃。此外,碳化硅还可用做避雷器的阀体和远红外线发生器等。
4、耐磨及高温件
利 用碳化硅陶瓷的高硬度、耐磨损、耐酸碱腐蚀等性能,在机械工业、化学工业中被用来制备新一代的机械密封材料,如滑动轴承、耐腐蚀的管道、阀片和风机叶片。
尤其是作为机械密封材料已被国际上确认为自金属、氧化铝、硬质合金以来第四代基本材料,它的抗酸、抗碱性能与其它材料相比是极为优秀的,几乎没有一种材料
可与之相比。利用碳化硅陶瓷的高热导性能,可用于冶金工业窑炉中的高温热交换器等,使用温度可达1300℃用电镀方法将碳化硅微粉体涂
敷于水轮机叶轮上,可以大大提高叶轮的耐磨性能,延长其检修周期。
用碳化硅制成的托辊,早已成功地应用于轧钢机上,它比金属托辊有更好的耐热性与耐磨性,
并能改善所轧钢材的质量。用碳化硅材料制成的砂泵及水力旋流器,具有很好的耐磨性能用碳化硅材料制成的缸套等耐磨件可广泛用于石油和化工等行业。碳化硅
还可作为高温热机械用材料,被首选为热机械的耐高温部件。诸如:作高温燃汽轮机的燃烧室、涡轮的静叶片、高温喷嘴等。用碳化硅制成活塞与气缸套用于无润滑
油无冷却的柴油机上,可减少摩擦30%~50%,使噪声明显降低。
碳化硅陶瓷以SiC为主要成分的陶瓷。碳化硅陶瓷制品为绿色环保材料,它属于微孔洞结构,在同单位面积下可多出30%的孔隙率,
极大地增加了与空气接触的散热面积,增强其散热效果。同时其热容量较小,本身蓄热量较小,其热量能更快速地向外界传递,产品主要的特色:环保、绝缘抗高压、高效散热,避免滋生EMI问题。
陶瓷制品主要应用于网络通讯产品、平板电视、驱动电源及相关电子行业,可有效解决电子及家电行业导热及散热问题,同时其特别适用于中小瓦数功耗,设计空间讲究轻、薄、短、小的产品,其可为电子产品的创新与发展提供技术上的支持与应用。
碳化硅陶瓷基片产品说明:
材料:SiC
颜色:浅绿色
特点:
1、高散热能力,高热导系数,与高绝缘能力
2、耐高温工作环境及抗腐蚀环境
3、优秀的电子绝缘与避免滋生EMI问题
4、重量轻,高表面积
5、易于安装,无长期保存之品质问题
6、为环保材质与环保制程产品,对环境友善。
用途:
零组件:集成电路、芯片、CPU、MOS、南大桥
LED: 背光模组,一般(商用)照明
TV:薄型LCD电视
网络设备: AP、路由器、ADSL、modern,S / W,机顶盒
信息技术: M/B, NB, Video, Card
内存: DDR3-DIMM, SO-DIMM, SSD
电源: Power module, power transistor
碳化硅是硅与碳元素以共价键结合的非金属碳化物,分为天然碳化硅和人工合成碳化硅。天然碳化硅称为碳硅石,储量甚少,无开采价值。工业上用的碳化硅都是由人工合成的。
通过化学镀、真空蒸镀、离子镀和阴极溅射等技术,可以使陶瓷片表面沉积上Cu、Ag、Au等具有良好导电性和可焊性的金属镀层,这种复合材料常用来生产集成电路、电容等各种电子元器件。作为集成电路的方面,是将微型电路印刷在上面,用陶瓷做成的基片具有导热率高、抗干扰性能好等优点。随着电子工业、计算机的飞速发展,集成电路变得越来越复杂,包括的装置和功能也是越来越多,这样就要求电路的集成化程度越来越高。此时使用碳化硅陶瓷基板金属化的基片能够大幅提高电路集成化,实现电子设备小型化。
电容器作为一种重要的电气件,它在电子工业和电力工业都有着很重要的用途。其中陶瓷电容器因具有优异的性能而占有很重要的地位,目前它的产销量是很大的,而且每年还在递增。
电子仪器在工作时。一方面向外辐射电磁波,对其他仪器产生干扰,另一面还要遭受外来电磁波的干扰。当今电子产品的结构日益复杂,品种与数量日益增多,灵敏度日益提高,所以电磁干扰的影响也日益严重,已经引起了人们的重视。
在电磁屏蔽领域,表面金属化陶瓷同样发挥着重要的作用,在陶瓷片表面镀上一层 Co-P和Co-Ni-P合金,沉积层中含磷量为0.2%-9%,其矫顽磁力在200-1000奥斯特,常作为一种磁性镀层来应用,由于其抗干扰能力强,作为最高等级的屏蔽材料,可用于高功率和非常灵敏的仪器,主要用在军工产品上面。
碳化硅陶瓷金属化在工艺上有化学镀、真空镀膜法、物理蒸镀法、化学气相沉淀法及喷镀法。
碳化硅制品可以分为很多类,根据不同的使用环境,分为不同的种类。一般使用到机械上比较多。例如使用到机械密封件上,可以称为碳化硅密封环,可以分为静环、动环、平环等。也可以根据客户的特别要求,制作出各种形状的碳化硅制品,例如碳化硅异形件,碳化硅板,碳化硅环等。
碳化硅的制品之一的碳化硅陶瓷具有的高硬度、高耐腐蚀性以及较高的高温强度等特点,这使得碳化硅陶瓷得到了广泛的应用。
在应用在密封环上:碳化硅陶瓷的耐化学腐蚀性好、强度高、硬度高,耐磨性能好、摩擦系数小,且耐高温,因而是制造密封环的理想材料。它与石墨材料组合配对时,其摩擦系数比氧化铝陶瓷和硬质合金小,因而可用于高PV值,特别是输送强酸、强碱的工况中使用。我公司生产的SIC-1型碳化硅常压烧结制品,具有密度高、硬度高、生产批量大、可生产复杂形状制品的特点,适用于高性能的密封件中使用,特别是高PV值及耐强酸、强碱的工况。而我公司生产的SIC-3型碳化硅陶瓷制品是含石墨的碳化硅材料。由于在碳化硅基体中含有大量的弥散细小的石墨颗粒,与其它材料配对使用时,其摩擦系数非常小,具有良好的自润滑性能,特别适用于制作气密封或有干摩擦工况的密封件中使用,从而使密封件的使用寿命及工作的可靠性提高。
金刚砂又名碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物,莫桑石。碳化硅又称碳硅石。在当代C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中,碳化硅为应用最广泛、最经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。目前中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种,均为六方晶体,比重为3.20~3.25,显微硬度为2840~3320kg/mm2。