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无压烧结碳化硅陶瓷

发布时间:2020-03-23 22:31:00
碳化硅的无压烧结可以分成固相烧结与液相烧结二种。固相烧结是美国科学家Prochazka于1974年首先发明。他在亚微米级的β-SiC中添加少量的B与C,实现SiC无压烧结,制得接近理论密度95%的致密烧结体。以后的许多研究表明B与B的化合物和Al与Al的化合物均可以与SiC形成固溶体而促进烧结。碳的加入是与SiC表面的SiO2反应增加表面能均对烧结有利。固相烧结的SiC,晶界较为“干净”,基本无液相存在,晶粒在高温下很易长大。因此断裂时是穿晶断裂,它们强度与断裂韧性一般都不高,在300~450MPa与3.5~4.5MPa·m1/2。但它晶界较为“干净”,高温强度并不随温度的升高而变化,一般能用到1600℃,强度不发生变化。在固相烧结中SiC-AlN系统很值得注意,由于它具有良好的电阻与导热性,有可能是一种廉价的大规模集成电路的基板材料。
碳化硅的液相烧结是美国科学家Mulla.M.A于九十年代初解决的。它的主要烧结添加剂是Y2O3-Al2O3。根据其相图可知,存在三个低共熔化合物,YAG(Y3Al5O15,熔点1760℃),YAP(YAlO3,熔点为1850℃),YAM(Y4Al2O9,熔点为1940℃)。为了降低烧结温度一般采用YAG为SiC的烧结添加剂。当YAG的组成达到质量分数为6%时,碳化硅材料已基本达到致密化。烧结过程会发生Al2O3的主要组份的质量流失,使添加剂的组份达不到YAG的组成。因此应适当将Al2O3的组份增加,将YAG的组份变成YAG·Al2O3,此时材料的相对密度从98%提高到99%,几乎完全致密。材料的强度从600MPa提高到707MPa。断裂韧性从8.1MPa·m1/2提高到10.7MPa·m1/2。此结果非常引人注目。它的出现更开拓了无压烧结SiC的新应用面,尤其是性能要求较高的工况。

无压烧结碳化硅力学性能与添加剂、烧结温度、显微结构的不同而有差异,具体见表。

不同添加剂的无压烧结碳化硅的性能

不同添加剂的无压烧结碳化硅的性能表


无压烧结碳化硅换热器

无锡市钱桥化工机械有限公司所生产的碳化硅换热器设备均使用无压烧结碳化硅