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碳化硅圆晶片危害

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2023-05-05 23:34:58

碳化硅圆晶片危害

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2025-07-22 13:57:32

碳化硅无毒。 碳化硅是用石英砂、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。 碳化硅为应用广泛、经济的一种,可以称为金钢砂或耐火砂。 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320~325,显微硬度为2840~3320kg/mm2。 碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种: 1、黑碳化硅含SiC约95%,其韧性高于绿碳化硅,大多用于加工抗张强度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。 2、绿碳化硅含SiC约97%以上,自锐性好,大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃,也用于珩磨汽缸套和精磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅,它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体,用以制作的磨具适于轴承的超精加工,可使表面粗糙度从Ra32~016微米一次加工到Ra004~002微米。

扩展资料:

立方碳化硅应用范围: 1、烧结微粉  β-SiC在高级结构陶瓷、功能陶瓷及高级耐火材料市场有着非常广阔的应用前景。普通碳化硅陶瓷在烧结过程中需要2300℃、2400℃、2500℃,加添加剂后也仍需2100℃才可结晶,而β-SiC在1800℃即可结晶。 并且在β-SiC晶型转换过程中,其体积也会发生变化,对陶瓷烧结致密性能起到良好的作用,从而增加碳化硅陶瓷的韧性和强度等综合性能。在碳化硼陶瓷制品中加入β-SiC能够在降低烧结温度的同时提高产品的韧性,从而使得碳化硼陶瓷性能大幅提高。 2、电子材料 作为半导性材料,β-SiC比α-Sic高几倍,添加β-SiC后的发电机抗电晕效果非常明显,同时还具有良好的耐磨、耐高温性能。纯度高的 β-SiC可制成单晶碳化硅晶片,其优异的导电、导热性使其在军工、航天、电子行业等高尖端领域用来替代电子级单晶硅和多晶硅。用β-SiC做的电子封装材料、发热器、热交换器等具有高抗热震性,良好的热导性,产品性能大幅优于其他材料。 参考资料来源: 参考资料来源:

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2025-07-22 13:57:32

化学性质:钠钙玻璃易水解 耐高温 
常用上程陶瓷材料主要包括:金属(过渡金属或与之相近的金属)与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物,以及非金属元素所组成的化合物,如硼和硅的碳化物和氮化物。
根据其元素组成的不同可以分为:氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷。此外,近年来玻璃陶瓷作为结构材料也得到了广泛的应用。
2氧化物陶瓷
氧化物陶瓷材料的原子结合以离子键为主,存在部分共价键,因此具有许多优良的性能。大部分氧化物具有很高的熔点,良好的电绝缘性能,特别是具有优异的化学稳定性和抗氧化性,在上程领域已得到了较广泛的应用。
21氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷又称刚玉瓷,一般以α-A1203为主晶相。根据A1203含量和添加剂的不同,有不同系列。如根据A1203含量不同可分为75瓷,85瓷,95瓷,99瓷等;根据其主晶相的不同可分为莫来石瓷、刚玉-莫来瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钛刚玉等。
Al203陶瓷是耐火氧化物中化学性质最稳定、机械强度最高的一种;A1203陶瓷与大多数熔融金属不发生反映,只有Mg, Ca,Zr和Ti在一定温度以上对其有还原作用;热的硫酸能溶解A1203,热的HCl, HF对其也有一定腐蚀作用;A1203陶瓷的蒸汽压和分解压都是最小的。由于A1203陶瓷优异的化学稳定性,可广泛地用于耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套,输送酸的管道内衬和阀门等。
氧化铝的含量高于95%的Al203陶瓷具有优异的电绝缘性能和较低的介质损耗等特点,因而在电子、电器方面有十分广阔的应用领域。
A1203陶瓷的高硬度和耐磨性在机械领域得到了广泛应用。如制造纺织耐磨零件、刀具。各种发动机中还大量使用A1203陶瓷火花塞。
透明Al203陶瓷对于可见光和红外线有良好的透过性,同时具有高温强度高、耐热性好、耐腐蚀性强等特点。可用于制造高压钠灯灯管、红外检测窗口材料等。
2 2氧化锆(Zr02)陶瓷
Zr02有二种锆同素异形体立方结构(c相)、四方结构(t相)及单斜结构(m相)。根据所含相的成分不同,Zr02陶瓷可分为稳定Zr02陶瓷材料、部分稳定Zr02陶瓷。
2 2 1稳定Zr02陶瓷
稳定Zr02陶瓷主要由立方相组成,其耐火度高、比热与导热系数小,是理想的高温隔热材料,可以用做高温炉内衬,也可作为各种耐热涂层。
稳定Zr02陶瓷化学稳定性好,高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀,但不能抵抗碱性物质的腐蚀。周期表中第V , VI ,VII族金属元素与其不发生反应,可以用来作为熔炼这此金属的坩埚。
纯Zr02是良好的绝缘体,由于其明显的高温离子导电特性,可作为2000℃使用的发热元件,高温电极材料,还可用作产生紫外线的灯。
此外利用稳定Zr02的氧离子传导特性,可制成氧气传感器,进行氧浓度的测量。
2 2 2部分稳定Zr02陶瓷
部分稳定Zr02陶瓷由t c双相组织组成,具有非常高的强度,断裂韧性和抗热冲击性能,被称为“陶瓷钢”。同时其热传导系数小,隔热效果好,而热膨胀系数又比较大,比较容易与金属部件匹配,在日前所研制的陶瓷发动机中用于气缸内壁、活塞、缸盖板部件。
部分稳定Zr02陶瓷还可作为采矿和矿物工业的无润滑轴承,喷砂设备的喷嘴,粉末冶金上业所用的部件,制药用的冲压模等。
另外,部分稳定Zr02陶瓷还可用作各种高韧性,高强度工业与医用器械。如纺织工业落筒机用剪刀、羊毛剪,磁带生产中的剪刀,微电子工业用工具,此外由于其不与生物体发生反应,也可用作生物陶瓷材料。
23 MgO陶瓷
MgO陶瓷的主晶相为MgO,属立方晶系氯化钠结构,熔点2800℃,理论密度358 g/cm2,在高温下比体积电阻高,介质损耗低,介电系数为912具有良好的电绝缘性,属于弱碱性物质。MgO对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力,与镁、镍、铀钍、铝、钼等不起作用,可用于制备熔炼金属的坩锅、浇注金属的模子,高温热电偶的保护管,高温炉的炉衬材料等。
3氮化物陶瓷
氮化物包括非金属和金属元素氮化物,他们是高熔点物质。氮化物陶瓷的种类很多,但都不是天然矿物,而是人工合成的。日前工业上应用较多的氮化物陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)等。
3 1氮化硅(Si3N4)陶瓷
Si3N4陶瓷材料的热膨胀系数小,因此具有较好的抗热震性能;在陶瓷材料中,Si3N4的弯曲强度比较高,硬度也很高,同时具有自润滑性,摩擦系数小,与加油的金属表明相似,作为机械耐磨材料使用具有较大的潜力;Si3N4陶瓷材料的常温电阻率比较高,可以作为较好的绝缘材料;Si3N4陶瓷耐氢氟酸以外的所有无机酸和某些碱液的腐蚀,也不被铅、锡、银、黄铜、镍等熔融金属合金所浸润与腐蚀;高温氧化时材料表面形成的氧化硅膜可以阻碍进一步氧化,抗执化温度达1800℃。
Si3N4陶瓷可用作热机材料、切削工具、高级耐火材料,还可用作抗腐蚀、耐磨损的密封部件等。
3 2氮化铝(AlN)陶瓷
AIN属于共价键化合物,六方晶系,纤维锌矿型结构,白色或灰白色,密度326g/cm2,无熔点,在2200℃- 2250℃升华分解,热硬度很高,即使在分解温度前也不软化变形。具有优异的抗热震性。AlN对Al和其它熔融金属、砷化稼等具有良好的耐蚀性,尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性,此外,还具有优良的电绝缘性和介电性质;但AlN的高温抗氧化性差,在大气中易吸潮、水解。
AlN可以用作熔融金属用坩锅、热电偶保护管、真空蒸镀用容器,也可用作真空中蒸镀金的容器、耐热砖等,特别适用于作为2000℃左右氧化性电炉的炉衬材料;AlN的导热率是A1203的2-3倍,热压时强度比Al203还高可用于高强度、高导热的场合,例如大规模集成电路的基板等。
3 3氮化硼(BN)陶瓷
氮化硼(BN)陶瓷存在着六方与立方结构两种BN材料。
331六方BN
六方BN具有自润滑性,可用于机械密封、高温固体润滑剂,还可用作金属和陶瓷的填料制成轴承。其耐热性非常好,可以在900℃以下的氧化气氛中和2800℃以下的氮气和惰性气氛中使用。六力BN对酸碱和玻璃熔渣有良好的耐侵蚀性,对大多数熔融金属既不润湿也不发生反应,因此可以用作熔炼有色金属、贵金属和稀有金属的坩锅、器皿等部件。BN既是热的良导体,又是电的绝缘体。它的击穿电压是氧化铝的4- 5倍,介电常数是氧化铝的1/2,可用来做超高压电线的绝缘材料。BN对微波和红外线是透明的,可用作透红外和微波的窗口。BN在超高压下性能稳定,可以作为压力传递材料和容器。BN是最轻的陶瓷材料,可以用于飞机和宇宙飞行器的高温结构材料。此外,利用BN的发光性,可用作场致发光材料。涂有BN的无定形碳纤维可用于火箭的喷嘴等。
3 32立力BN
立方BN为闪锌矿结构,化学稳定性高,导热及耐热性能好,其硬度与人造金刚石相近,是性能优良的研磨材料。与金刚石相比,其最突出的优点在于高温下不与铁系金属反应,并且可以在1400℃的温度使用。
立力BN除了直接用作磨料外,还可以将其与某些金属或陶瓷混合,经烧结制成块状材料,作为各种高性能切削刀具。
4碳化物陶瓷
典型碳化物陶瓷材料一有碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)碳化钛(TiC)碳化锆( ZrC等)、碳化物的共同特点是高熔点,许多碳化物的熔点都在3000℃以上。碳化物在非常高的温度下均会发生氧化,但许多碳化物的抗氧化能力都比W,Mo等高熔点金属好。大多数碳化物都具有良好的电导率和热导率,许多碳化物都有非常高的硬度,特别是B4C的硬度仅次于金刚石和立方氮化硼,但碳化物的脆性一般较大。
4 1碳化硅(SiC)陶瓷
碳化硅没有熔点,在常压下2500℃时发生分解。碳化硅的硬度很高,莫氏硬度为92-95,显微硬度为33400MPa,仅次于金刚石、立力BN和B4C等少数几种物质。
碳化硅的热导率很高,大约为Si3N4的2倍;其热膨胀系数大约相当于A1203的1/2;抗弯强度接近Si3N4材料,但断裂韧性比Si3N4小;具有优异的高温强度和抗高温蠕变能力,热压碳化硅材料在1600℃的高温抗弯强度基本和室温相同;抗热震性好。其化学稳定性高,不溶于一般的酸和混合酸中。
氧化物、氮化物结合碳化硅材料已经大规模地用于冶金、轻工、机械、建材、环保、能源等领域地炉膛结构材料、隔焰板、炉管、炉膛等;碳化物材料制备的发热元件正逐步1600℃以下氧化气氛加热的主要元件;高性能碳化硅材料可以用于高温、耐磨、耐腐蚀机械部件;碳化硅材料用于制造火箭尾气喷管高效能热交换器也取得了良好的效果;此外,碳化硅是各种高温燃气轮机高温部件提高使用性能的重要候选材料。
42碳化硼(BC)陶瓷
碳化硼的显著特点是高熔点(约2450℃);低比重,其密度仅是钢的1/3;低膨胀系数;高导热;高硬度和高耐磨性,其硬度仅低于金刚石和立方BN;较高的强度和一定的断裂韧性,热压B4C的抗弯强度为400-600MPa,断裂韧性为60MPaml/2;具有较大的热电动势(100 μV/k),是高温P型半导体,随B4C中碳含量的减少,可从P型半导体转变为N型半导体;具有高的中子吸收截面。
B4C所具有的优异性能,除了大量用作磨料之外,还可以制作各种耐磨零件、热电偶元件、高温半导体、宇宙飞船上的热电转化装置、防弹装甲、反应堆控制棒与屏蔽材料等。
5玻璃陶瓷材料
将特定组成(含晶核剂)的玻璃进行晶化热处理,在玻璃内部均匀析出大量微小晶体并进一步长大,形成致密微晶相,玻璃相填充于晶界,得到像陶瓷一样的多晶固体材料统称为玻璃陶瓷,也称之为微晶玻璃。
5 1低膨胀玻璃陶瓷
这类玻璃陶瓷的特点是其显微组织为架状硅酸盐,主晶相分别为β一石英、β一钾辉石、β一钾霞石,具有热膨胀系数低(可为负值)、强度高、热稳定性能好、使用温度高等特点,并可制成透明和浊白两种类型。低膨胀系数对于构件尺寸稳定性及抗热震是十分有利的,所以可以用作航天飞机上尺寸稳定性要求高的零件。低膨胀玻璃陶瓷是目前生产量最大的玻璃陶瓷,广泛用来制作各种高级炊具、高温作业观察窗、微波炉盖、大型天文望远镜和激光反射镜的支撑棒,激光元器件以及航天飞机上的重要零部件。
5 2表面可强化玻璃陶瓷
玻璃陶瓷的强度比一般玻璃要大好几倍,抗弯强度可达到88-250MPa,但在某些特殊场合仍然不能满足要求,需要进一步提高强度。由于脆性材料的破坏大多起源于表面微裂纹,可以采用在玻璃陶瓷材料表面引入压应力薄层的方法,阻止表面微裂纹的扩展,从而提高材料的强度。通常采用的两种方法有两种,一是利用表层和内部热膨胀差引入表面压应力层,二是采用离子交换引入表面压应力层。
53可加工玻璃陶瓷
可加工玻璃陶瓷容易机械加工的主要原因在于其主晶相为氟云母结构,已发现可加工玻璃陶瓷中的氟云母主要有3种:氟金云母、四硅氟云母和锂云母。由于云母片易于解理,这种独特的显微结构使得含云母的玻璃陶瓷可以采用普通的钻、锯或车削、磨等加工到精密尺寸。以氟云母为主晶相的可加工玻璃陶瓷,具有高热震抗力、优异的绝缘性能、高介电强度;低介电损耗。碱土云母可加工玻璃陶瓷具有较高的强韧性、更高的热稳定性(>1100℃)和绝缘性。因此,可加工玻璃陶瓷,在电绝缘、微波技术以及精密仪器和航空、航天领域具有广阔的应用前景。

难过的大树
靓丽的吐司
2025-07-22 13:57:32
特种陶瓷定义
特种陶瓷又称精细陶瓷,按其应用功能分类,大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大 在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料,经过1360度左右高温烧结成型,从而获得稳定可靠的防静电性能,成为一种新型特种陶瓷,通常具有一种或多种功能。如:电、磁、光、热、声、化学、生物等功能,以及耦合功能。如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。
特种陶瓷的分类
特种陶瓷是二十世纪发展起来的,在现代化生产和科学技术的推动和培育下,它们"繁殖"得非常快,尤其在近二、三十年,新品种层出不穷,令人眼花缭乱。按照化学组成划分有:
①氧化物陶瓷:氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等。
②氮化物陶瓷:氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。
③碳化物陶瓷:碳化硅、碳化硼、碳化铀等。
④硼化物陶瓷:硼化锆、硼化镧等。
⑤硅化物陶瓷:二硅化钼等。
⑥氟化物陶瓷:氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。
硫化物陶瓷:硫化锌、硫化铈等。还有砷化物陶瓷,硒化物陶瓷,碲化物陶瓷等。
除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外,还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。例如,由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷,由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷,由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷,由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷等等。此外,有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷,例如氧化物基金属陶瓷,碳化物基金属陶瓷,硼化物基金属陶瓷等,也是现代陶瓷中的重要品种上。近年来,为了改善陶瓷的脆性,在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维,这样构成的纤维补强陶瓷复合材料,是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。
人们为了生产、研究和学习上的方便,有时不按化学组成,而根据陶瓷的性能,把它们分为高强度陶瓷,高温陶瓷,高韧性陶瓷,铁电陶瓷,压电陶瓷,电解质陶瓷,半导体陶瓷,电介质陶瓷,光学陶瓷(即透明陶瓷),磁性瓷,耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。
随着科学技术的发展,人们可以预期现代陶瓷将会更快地发展,产生更多更新的品种。
特种陶瓷的制作工艺
1、成形方法与结合剂的选择
特种陶瓷成形方法有很多种,生产中应根据制品的形状选择成形方法,而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下
所示:
特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量
成形方法 结合剂举例 <结合剂用量(质量%)
千压法 聚乙烯醇缩丁醛等 1~5
浇注法 丙烯基树脂类 1~3
挤压法 甲基纤维素等 5~15
注射法 聚丙烯等 10~25
等静压法 聚羧酸铵等 0~3
结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂(具有分散剂和润滑功能)等,为满足成形需要,通常采用多种有机材料的组合。选择结合剂,要考虑以下因素:
l)结合剂能被粉料润湿是必要条件。当粉料的临界表面张力(yoc)或表面自由能(yos)比结合剂的表面张力(yoc)大时,才能很好地润湿。
2)好的结合剂易于被粉料充分润湿,且内聚力大。当结合剂被粉料润湿时,在相互分子间发生引力作用,结合剂与粉料间发生红结合(一次结合),同时,在结合剂分子内,由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力(二次结合)。虽然水也能把杨料充分润湿,但水易挥发,分子量较小,内聚力小,不是好的结合剂。按各种有机材料内聚力大小顺序,用基表示可排列如下:
一CONH一>-CONH2>一COOH>一OH>-NO2>-COOC2H5>一COOCH5>-CHO>=CO>-CH3>= CH2>-CH2
3)结合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿,希望分子量小,但内聚力弱。随着分子量增大,结合能力增强。但当分子量过大时,围内聚力过大而不易被润湿,且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动,此时要适当加入增塑剂,在其容易润湿的同时,使结合剂更加柔软,便于成形。
4)为保证产品质量,还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质,使产品产生有害的缺陷。
在原料配制中,用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合,达到分散,尽可能不含有凝聚粒子。结合剂受到种类及其分子量,粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响,吸附在原料粒子表面上,通过立体稳 定化效果,起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中,结合剂给原料以可塑性,具有保水功能,提高成形体强度和施工作业性。一般来说,结合剂由于妨碍陶瓷的烧结,应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此,要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料,才能确保产品质量。
2、陶瓷注射成形和成形用结合剂
氮化硅由于具有高强度、高耐磨性、低密度(轻量化)、耐热化、耐腐蚀性等优良性能,所以适用于制造涡轮加料机叶轮、摇臂式烧嘴、辅助燃烧室等汽车用陶瓷部件。这些部件要求复杂的形状、高精度尺寸和高可靠性。不允许有内在缺陷(裂纹、气孔、异物等)和表面缺陷。
满足这些质量要求的成形技术之一,有陶瓷注射成形法(高压)。其工艺流程如下:
成形工艺中,不能产生由成形材料的流动性、金属模型温度等引起的沟线和由成形条件引起的穴孔等缺陷;在脱脂工艺中,不使其产生由有机材料组成和热分解速度引起的脱脂裂纹。有机材料的选定也得满足这些质量要求。
一般来说,陶瓷注射成形使用的有机材料由结合剂、助剂、可塑剂构成,结合剂可使用聚丙烯(PP)、无规则聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)、乙烯一醋酸乙烯共聚体(EVA)、聚苯乙烯(PS)、丙烯酸系树脂等。其中PE具有优异的成形性;EVA与其他树脂的相溶性好,流动性、成形性也好;APP具有与其他树脂相溶性好、富于流动性和脱脂性的特征;PS流动性好。助剂有蜡石石蜡、微晶石蜡、变性石蜡、天然石蜡、硬脂酸、配合剂等。成形材料的流动性可以使用高式流动点测定器和熔化分度器进行评价。当脱脂具有结合剂的含量多 时,则脱脂性有降低的倾向,助剂的石蜡多者,脱脂性好。如果有机材料在特定的温度区域不能全部飞散掉,就会影响陶瓷的烧结,因此,需要考虑热分解特性,加以选择。
陶瓷注射成形使用的有机材料应选择使得成形材料的流动性和成形体的脱脂性两个特性达到最佳化。
3、陶瓷挤压成形和成形用结合剂
堇青石由于具有耐热性、耐腐蚀性、多孔质性、低热膨胀性等优良材料特性,所以广泛用作汽车尾气净化催化剂用载体。堇青石蜂窝状物利用原料粒子的取向,产生出蜂窝状结构体的低热膨胀,可用挤压成形法来制造。
根据堇青石分子组成(2MgO·2Al2O3·5SiO2),原料可选用滑石、高岭土和氧化铝。成形用坯土从口盖里面的供给孔进入口盖内,经过细分后,向薄壁扩展,再结合,由此求得延伸性和结合性好的质量。另外,作为挤压成形后的蜂窝状体,为了保持形状,坯土的屈服值高者好,也就是说,选择结合剂应使坯土的流动性和自守性两个性能达到最佳化。
原料粉末、结合剂、助剂(润滑剂、界面活性剂等)及水经机械混练后,用螺杆挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成形。一般来说,挤压成形使用的结合剂只要用低浓度水溶液,便可显示出高粘性的结合性能。常用的有甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)、聚氧乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、羟乙基纤维素(HEC)等。MC能很好溶于水中,当加热时很快胶化。CMC能很好溶于水中,分散性、稳定性也高。PVA 广泛地用于各种成形。润滑剂可减少粉体间的磨擦,界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性。
缺乏可塑性,具有膨胀特性的坯土使挤压不够光滑,表面缺陷增加。因此,对结合剂的性能应有评价指标。评价还土的可塑性方法,有施加扭曲、压缩、拉伸等应力,求出应力与变形之间的关系,用毛细管流变计的方法、粘弹性的方法等。用这种方法可以评价坯土的自守性和流动性。在用粘弹性的方法评价时,可得出结合剂配合量增加到一定程度时,自守性和流动性均会增加的结果。也就是说,结合剂配合量的增加有助于原料的可塑性增加。
有机材料是特种陶瓷的主要结合剂,合理选用这些有机材料是保证产品质量的关键。在生产中,应根据粉料的特性、制品的形状、成形方法综合进行选择。
特种陶瓷发展新动向
1前言
特种陶瓷有热压铸、热压、静压及气相沉积等多种成型方法,这些陶瓷由于其化学组成、显微结构及性能不同于普通陶瓷,故称为特种陶瓷或高技术陶瓷,在日本称为精细陶瓷。特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能,如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。由于性能特殊,这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。一些经济发达国家,特别是日本、美国和西欧国家,为了加速新技术革命,为新型产业的发展奠定物质基础,投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷,因此特种陶瓷的发展十分迅速,在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术,特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元,因此许多科学家预言:特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中,必定会占据十分重要的地位。
2生产工艺技术方面的新进展
(1)在粉末制备方面,目前最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷,还可廉价地研制新型玻璃,如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。此外,利用超高温技术还可以研制出象钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。例如日本在4000—15000℃和一个大气压以下制造金钢石,其效率比现在普遍采用的低温低压等离子体技术高一百二十倍。
超高温技术具有如下优点:能生产出用以往方法所不能生产的物质;能够获得纯度极高的物质:生产率会大幅度提高;可使作业程序简化、易行。目前,在超高温技术方面居领先地位的是日本。据统计,2000年日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。此外,溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶K凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。在这几种方法中,绝大部分是近年开发研究出来的或是在近期得以完善的。
(2)在成型及烧结方面,热等静压法最为引人注目。该法与热压法相比能使物料受到各向同性的压力,因而其瓷质均匀,此外由于热压静法可以施加几千个大气压的高压,这样就使得要烧结的材料能在极低的温度下得以烧结。目前,市场上出售的热等静压法设备的最高使用温度及最高压力通常为2000℃,2000个大气压。
(3)在特种陶瓷的精密加工方面,真空扩散焊接法是一种最有前途的方法。采用真空扩散焊接法不仅可获得高强度、高致密度、高几何尺寸精度的金属陶瓷制品(泄漏率不大于5×10ˉ11立方米·帕/秒),而且无需使用贵重的稀有焊料,可用于制作各种形状、各种尺寸,特别是大规格的金属陶瓷制品。
另外,采用刀具加工陶瓷也引起了人们的极大兴趣。目前,这方面的工作仅处于研究实验阶段,由于用超高精度的车床和金刚石单晶车刀进行加工,以微米数量级的微小吃刀深度和微小的走刀量,能获得01微米左右的加工精度,因而许多国家把这种加工技术作为超精密加工的一个方面而加以开发研究。
3 应用方面的新发展
特种陶瓷由于拥有众多优异性能,因而用途广泛。现按材料的性能及种类简要说明。
(1)、耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等。
(2)、隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料,用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等。
(3)、导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片。
(4)、耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛,目前的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面。
(5)、高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等;在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等。目前,这方面的工作开展得较多,许多国家如美国、日本、德国等都投入了大量的人力和物力,试图取得领先地位。这类陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化铝、氧化锆等。
(6)、具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目,目前国外正在加紧研究。
(7)、生物陶瓷方面目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究,这方面的应用引起人们极大关注。
4今后研究与开发的重点
(1)、特种陶瓷基础技术的研究,例如烧结机理、检测技术和粉末制备技术等;
(2)、超导陶瓷的研究;
(3)、特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法,因而许多国家都把它作为一项主要内容而加以研究;
(4)、陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复合增强材料等的重要基础,目前国外,尤其是日本对陶瓷纤维及晶须增强金属复合材料的研究极为重视,其研究主要集中于碳化硅及氮化硅;
(5)、多孔陶瓷由于具有特殊结构,所以引起了各界的重视;
(6)、陶瓷与陶瓷或陶瓷与其它材料复合(陶瓷纤维增强陶瓷,陶瓷纤维增强金属)问题也是现阶段的研究重点。
(7)、在非氮化物陶瓷中,目前国外研究最多的是陶瓷发动机,高压热交挽器及陶瓷刀具等;
(8)、随着生物化学,生物医学这些新兴学科的发展,生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。