當(dāng)前位置：無(wú)壓燒結(jié)碳化硅陶瓷
發(fā)布時(shí)間：2020-03-23 22:31:00
碳化硅的無(wú)壓燒結(jié)可以分成固相燒結(jié)與液相燒結(jié)二種。固相燒結(jié)是美國(guó)科學(xué)家Prochazka于1974年首先發(fā)明。他在亞微米級(jí)的β-SiC中添加少量的B與C，實(shí)現(xiàn)SiC無(wú)壓燒結(jié)，制得接近理論密度95%的致密燒結(jié)體。以后的許多研究表明B與B的化合物和Al與Al的化合物均可以與SiC形成固溶體而促進(jìn)燒結(jié)。碳的加入是與SiC表面的SiO2反應(yīng)增加表面能均對(duì)燒結(jié)有利。固相燒結(jié)的SiC，晶界較為“干凈”，基本無(wú)液相存在，晶粒在高溫下很易長(zhǎng)大。因此斷裂時(shí)是穿晶斷裂，它們強(qiáng)度與斷裂韌性一般都不高，在300~450MPa與3.5~4.5MPa·m1/2。但它晶界較為“干凈”，高溫強(qiáng)度并不隨溫度的升高而變化，一般能用到1600℃，強(qiáng)度不發(fā)生變化。在固相燒結(jié)中SiC-AlN系統(tǒng)很值得注意，由于它具有良好的電阻與導(dǎo)熱性，有可能是一種廉價(jià)的大規(guī)模集成電路的基板材料。
碳化硅的液相燒結(jié)是美國(guó)科學(xué)家Mulla.M.A于九十年代初解決的。它的主要燒結(jié)添加劑是Y2O3-Al2O3。根據(jù)其相圖可知，存在三個(gè)低共熔化合物，YAG（Y3Al5O15，熔點(diǎn)1760℃），YAP（YAlO3，熔點(diǎn)為1850℃），YAM（Y4Al2O9，熔點(diǎn)為1940℃）。為了降低燒結(jié)溫度一般采用YAG為SiC的燒結(jié)添加劑。當(dāng)YAG的組成達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，碳化硅材料已基本達(dá)到致密化。燒結(jié)過程會(huì)發(fā)生Al2O3的主要組份的質(zhì)量流失，使添加劑的組份達(dá)不到Y(jié)AG的組成。因此應(yīng)適當(dāng)將Al2O3的組份增加，將YAG的組份變成YAG·Al2O3，此時(shí)材料的相對(duì)密度從98%提高到99%，幾乎完全致密。材料的強(qiáng)度從600MPa提高到707MPa。斷裂韌性從8.1MPa·m1/2提高到10.7MPa·m1/2。此結(jié)果非常引人注目。它的出現(xiàn)更開拓了無(wú)壓燒結(jié)SiC的新應(yīng)用面，尤其是性能要求較高的工況。
碳化硅的液相燒結(jié)是美國(guó)科學(xué)家Mulla.M.A于九十年代初解決的。它的主要燒結(jié)添加劑是Y2O3-Al2O3。根據(jù)其相圖可知，存在三個(gè)低共熔化合物，YAG（Y3Al5O15，熔點(diǎn)1760℃），YAP（YAlO3，熔點(diǎn)為1850℃），YAM（Y4Al2O9，熔點(diǎn)為1940℃）。為了降低燒結(jié)溫度一般采用YAG為SiC的燒結(jié)添加劑。當(dāng)YAG的組成達(dá)到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，碳化硅材料已基本達(dá)到致密化。燒結(jié)過程會(huì)發(fā)生Al2O3的主要組份的質(zhì)量流失，使添加劑的組份達(dá)不到Y(jié)AG的組成。因此應(yīng)適當(dāng)將Al2O3的組份增加，將YAG的組份變成YAG·Al2O3，此時(shí)材料的相對(duì)密度從98%提高到99%，幾乎完全致密。材料的強(qiáng)度從600MPa提高到707MPa。斷裂韌性從8.1MPa·m1/2提高到10.7MPa·m1/2。此結(jié)果非常引人注目。它的出現(xiàn)更開拓了無(wú)壓燒結(jié)SiC的新應(yīng)用面，尤其是性能要求較高的工況。
無(wú)壓燒結(jié)碳化硅力學(xué)性能與添加劑、燒結(jié)溫度、顯微結(jié)構(gòu)的不同而有差異,具體見表。
不同添加劑的無(wú)壓燒結(jié)碳化硅的性能表
無(wú)錫市錢橋化工機(jī)械有限公司所生產(chǎn)的碳化硅換熱器設(shè)備均使用無(wú)壓燒結(jié)碳化硅。