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鄒小姐：13326633089 -
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碳(tan)化(hua)硅陶(tao)瓷(ci)材料因具有(you)良好(hao)的(de)耐(nai)磨性(xing)、導熱(re)(re)性(xing)、抗氧(yang)化(hua)性(xing)及優異的(de)高溫力學(xue)(xue)性(xing)能，被(bei)廣(guang)泛應用(yong)于精密(mi)軸承、密(mi)封件、氣輪機轉子(zi)(zi)、光學(xue)(xue)元件、高溫噴(pen)嘴、熱(re)(re)交換器部件及原子(zi)(zi)熱(re)(re)反應堆(dui)材(cai)料。然而，由(you)于碳(tan)化(hua)硅為強共(gong)價(jia)鍵(jian)化(hua)合物，且具有(you)低的(de)擴散系數，導致其(qi)在制(zhi)備過程(cheng)中(zhong)的(de)主(zhu)要問題之一(yi)是燒結致密(mi)化(hua)困(kun)難，因此燒結工藝(yi)成(cheng)了獲得高(gao)性(xing)能碳化硅陶(tao)瓷的(de)重要環節(jie)。
目前用于制(zhi)備碳化硅(gui)致密陶瓷的方法(fa)主要有(you)反應燒結（常見）、無壓/常壓燒結（常見）、重結晶燒(shao)(shao)結、熱(re)壓燒(shao)(shao)結、熱(re)等靜壓燒(shao)(shao)結等，碳化硅(gui)陶瓷的性能(neng)隨(sui)制(zhi)備工藝(yi)的不(bu)同會發生一定的變(bian)化，而(er)題(ti)目所說的SSiC\SiSiC\RBSiC...代表什么呢？下文一起來看看~
反應燒結法-RBSiC
Reaction bongded siliconcarbide
輥(gun)道窯上(shang)的反應燒結(jie)碳化硅陶瓷輥(gun)
工藝簡介：
采用一(yi)定顆粒級配的碳(tan)化硅（一(yi)般為1~10μm）與碳混和后成形素坯，然后在高溫下進行滲硅反應，部分硅與碳反應生成SiC與原來坯體中的SiC結合，達到燒結目的。滲硅的方法有2種，一種是溫度達到硅的熔融溫度（1450-1470℃），產生硅的液相，通過毛細管的作用，硅直接進入坯體與碳反應生成碳化硅，達到燒結；另一種是溫度大于硅的熔融溫度，產生硅的蒸汽，通過硅蒸汽滲入坯體以達到燒結。
SiC粉+C粉+粘接劑混合→成形→烘干→氣氛保護排膠→高溫滲Si→后續(xu)加工(gong)
值得注意的是反應燒結碳化(hua)硅的使(shi)用溫(wen)度(du)范圍受(shou)到材(cai)料(liao)中(zhong)游離Si含量限制，通常在1400℃以內，若在1400℃以上，該材料的強度會隨著游離Si的熔融而迅速下降。前一種方法燒結后殘留游離硅一般較多，通常達到10%～15%，有時會達到15%以上，這將給制品性能帶來不利。用氣相法滲硅，由于坯體的預留氣孔可以盡量少，燒結后的游離硅含量可降到10%以下，有些工藝控制的好可以降到8%以下，制品的各項性能大為提高。
前面工(gong)藝也(ye)說明了(le)一個道理，用這個工(gong)藝制備出來的碳化硅(gui)陶瓷，多多少少會(hui)有(you)Si的殘留（多達15%以上，少嘛也有大約8%），所以，這個工藝做出來的陶瓷其實不是單相的碳化硅陶瓷，嚴格來說它算(suan)是“硅+碳化硅”復合材料：所以這個RBSiC也有SiSiC（硅碳化硅復合材料）之稱。
工藝特(te)點及應用：
反應燒(shao)結(jie)碳化硅(gui)的優勢是燒(shao)結(jie)溫度低(di)、生產成本低(di)、材(cai)料致密化程度較(jiao)高，碳與碳化硅(gui)的骨架可以預先車削成任何(he)形狀，且燒(shao)結(jie)時(shi)坯(pi)體的收縮僅在(zai)3%以內，這有利于產品尺寸的控制，大大減少了成品的磨削量特別適合大尺寸復雜形狀結構件的制備。
因此(ci)在工業生(sheng)產(chan)中產(chan)量較(jiao)大，主要用于爐料、坩堝和匣缽等。由于碳化(hua)硅具有較(jiao)低的(de)熱膨脹系(xi)數和較(jiao)高的(de)彈性模量，因此(ci)反(fan)應(ying)燒結(jie)(jie)碳化(hua)硅也成為(wei)空間反(fan)射鏡的(de)理(li)想材料。國際上(shang)最著名的(de)反(fan)應(ying)燒結(jie)(jie)碳化(hua)硅生(sheng)產(chan)公司是英國的(de)Refel公司,用它制成高溫交換器已廣泛應用。日本的旭硝子公司引進該項技術，制成0.5~1m長的熱交換管以及其他制品。
碳化(hua)硅(gui)熱(re)交換(huan)板(ban)及碳化(hua)硅(gui)熱(re)交換(huan)塊孔
隨著晶片尺寸和熱處(chu)理溫度(du)的提高，對(dui)工藝過(guo)程中的(de)零部件提(ti)出(chu)了(le)更高(gao)的(de)要求，采用高(gao)純(chun)的碳化硅(gui)粉和(he)高(gao)純(chun)硅(gui)可以制得包(bao)含部(bu)(bu)分硅(gui)相(xiang)的高(gao)純(chun)碳化硅(gui)部(bu)(bu)件，逐(zhu)漸(jian)取(qu)代(dai)了石英玻璃(li)部(bu)(bu)件在(zai)電子管(guan)和半導(dao)體(ti)晶(jing)片制造設備的支撐夾(jia)具(ju)的應用。
不足之處：正如前(qian)面(mian)所(suo)說(shuo)，該工藝決定了燒結(jie)后坯體(ti)中總殘(can)留有(you)游離(li)硅，這部分硅對以(yi)后產品(pin)的應用(yong)會產生影(ying)響(xiang)，燒結(jie)體(ti)的強度(du)不(bu)如其他(ta)工藝制(zhi)品(pin)，耐(nai)磨性下降，最主要的是游離(li)硅不(bu)能耐(nai)堿性及(ji)氫氟酸等(deng)強酸介質(zhi)的腐(fu)蝕，因此它的使(shi)用(yong)受(shou)(shou)到限(xian)制(zhi)。此外高溫(wen)強度(du)也受(shou)(shou)到游離(li)硅的影(ying)響(xiang)，一般使(shi)用(yong)溫(wen)度(du)限(xian)制(zhi)在(zai)1350-1400℃以下。
反(fan)應(ying)燒結碳化(hua)硅經(jing)典應(ying)用：螺旋噴(pen)嘴
（螺旋噴嘴的一般應(ying)用：廢氣(qi)洗滌；氣(qi)體(ti)冷(leng)卻；洗滌與漂(piao)淋過(guo)程(cheng)；防火滅火）
無壓(ya)燒結/常壓(ya)燒結碳化硅-PSSiC
Pressureless sintering silicon carbide
常(chang)壓燒結碳化硅在不(bu)施加(jia)外部(bu)壓力和惰性氣(qi)氛條(tiao)件(jian)下(xia)，通(tong)過添加(jia)合(he)適的燒結助劑(ji)，在2 000 ～ 2150 ℃間，可對不同形狀和尺寸的樣品進行致密化燒結。SiC的常壓燒結技術已趨于成熟，其優勢在于生產成本較低，對產品的形狀尺寸沒有限制，特別是固相燒結SiC陶瓷的致密度高，顯微結構均勻，材料綜合性能優異。廣泛應用于的耐磨損耐腐蝕的密封環、滑動軸承等。
碳化(hua)硅之無壓(ya)燒(shao)結(jie)工藝可分為固相燒結碳化娃(SSiC)、液相燒結碳化娃(LSiC)。
固相燒結是美國科學(xue)家Prochazka于1974年首先發明的, 他在亞微米級的β —SiC 中添加少量的硼與碳,實現碳化硅無壓燒結, 制得接近理論密度95%的致密燒結體。隨后W Btcker 和 H Hansner 采用 α-SiC為原料,添加硼 、碳同樣可以使碳化硅致密化 。以后的許多研究表明硼與硼的化合物和Al與Al的化合物均可以與碳化硅形成固溶體而促進燒結, 碳的加入是與碳化硅表面的二氧化硅反應增加表面能均對燒結有利。固相燒結的碳化硅, 晶界較為“干凈” ,基本無液相存在, 晶粒在高溫下很易長大。因此斷裂時是穿晶斷裂,強度與斷裂韌性一般都不高, 但它晶界較為“干凈” , 高溫強度并不隨溫度的升高而變化, 一般能用到1600 ℃ 強度不發生變化。
碳化硅(gui)的液相(xiang)燒結是美國科學家Muua M A于 90年代初發明的, 它的主要燒結添加劑是 Y2O3 -Al2O3。液相燒結具有比固態燒結溫度低的優點，且晶粒尺寸小。
固相燒結(jie)(jie)的主要缺(que)點(dian)是需較高(gao)的燒結(jie)(jie)溫(wen)度(>2000℃)，對原材料的純度要求高，燒結體斷裂韌性較低，有較強的裂紋強度敏感性，在結構上表現為晶粒粗大且均勻性差，斷裂模式為典型的穿晶斷裂。近年來，國內外對碳化硅陶瓷材料的研究聚焦于液相燒結上。液相燒結的實現是以一定數量的多元低共熔氧化物為燒結助劑，如Y2O3的二元、三元助劑能使SiC及其復合材料呈現液相燒結，在較低溫度下材料達到理想的致密化，同時由于晶界液相的引入和獨特的界面結合強度的弱化，陶瓷材料的斷裂方式轉變為沿晶斷裂模式，陶瓷材料的斷裂韌性得到明顯提高和改善。
重結(jie)晶燒結(jie)碳(tan)化硅-RSiC
Recrystallized silicon carbide
重結(jie)晶碳化硅(gui)的斷口SEM 照片
工藝簡介(jie)：
再(zai)結晶碳化(hua)硅（RSiC）是以粗、細2種粒徑的高純度碳化硅（SiC）粉末為原料，不添加燒結助劑，在高溫下（2200~2450℃）通過蒸發-凝聚機制燒結而成的一種高純SiC材料。
備注(zhu)：在不(bu)加燒結(jie)助(zhu)劑(ji)的(de)情況下，一般通過表面擴散(san)或者蒸發-凝聚傳質，完成燒結頸的長大。由經典燒結理論可知，這兩種傳質方式完成的燒結不會使接觸顆粒的質心距離減小，從而宏觀尺度上不產生任何收縮，即為非致密化過程。人們為了解決這一問題，得到高致密度碳化硅陶瓷，采取了很多措施，或采用熱，或者加入燒結助劑，或者熱壓加燒結助劑共同作用。
特(te)點(dian)及應用
于RSiC中的SiC含量在99%以上，基本不含晶界雜質相，保留了SiC的諸多優異性能，如高溫強度、耐腐蝕性、抗熱震性等，因而廣泛應用于高溫窯具、燃燒噴(pen)嘴、太(tai)陽能(neng)(neng)熱(re)轉換器、柴油車(che)尾氣凈化(hua)裝(zhuang)置(zhi)及金屬(shu)冶煉等對(dui)性能(neng)(neng)要求極(ji)為苛刻的(de)環境。
1）由于(yu)燒結機理(li)為(wei)蒸發-凝聚過程燒成過程不(bu)收縮，不(bu)會產生(sheng)殘余(yu)應力導(dao)致制品變形或開(kai)裂。
2）RSiC可(ke)通過注(zhu)(zhu)漿、凝(ning)膠(jiao)注(zhu)(zhu)模、擠制(zhi)及壓制(zhi)等多種方(fang)式成型，因(yin)燒成過程無收(shou)縮，因(yin)此，只(zhi)要控制(zhi)好坯(pi)體(ti)的(de)尺(chi)寸，就(jiu)易于獲得形狀尺(chi)寸較為精確的(de)制(zhi)品。
3）燒成(cheng)后的重結晶SiC制品大約含有10%～20%的殘余氣孔。材料的(de)孔(kong)隙(xi)率更(geng)多(duo)取決于坯體本身的(de)孔(kong)隙(xi)率，隨燒(shao)結溫(wen)度變化不明顯，為孔(kong)隙(xi)率調控提供基礎(chu)。
4）這種燒成(cheng)機制下材料內部(bu)連通孔較多，在多孔領域(yu)有廣泛應用，如在尾氣過濾、化石燃料空氣過濾等領域(yu)可以(yi)替代傳統多孔制品。
5)RSiC具(ju)有(you)非常清晰潔凈(jing)的(de)晶界，不(bu)含玻璃相和雜質，因為任何氧化(hua)物或金屬雜質在2150～2300℃的高溫下已經揮發掉。蒸發-凝聚的燒結機理還可(ke)以起(qi)到提純 SiC的作用（RSiC中的SiC含量在(zai)99%以上）。保留了(le)SiC的諸多優異性能，可適用于高溫強度(du)、耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)、抗(kang)熱震性(xing)等工況(kuang)下的應用要求，例(li)如高溫窯具、燃燒噴(pen)嘴、太陽能熱(re)轉換器(qi)、金屬冶煉等(deng)對性能要求(qiu)極為苛刻(ke)的環境。
熱壓燒結碳化硅- HPSiC
Hot-pressed silicon carbide
工藝簡介：
熱壓(ya)(ya)燒結是(shi)將干燥(zao)的(de)(de)碳化硅粉(fen)料填充進高強石墨模具內，在升溫的(de)(de)同時施加一個軸向壓(ya)(ya)力(li)，在合適的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)-溫度-時間工藝條件控制下，實現碳化硅的燒結成型。
熱壓燒(shao)結由于加熱加壓同(tong)時進行，粉(fen)料處(chu)于 熱塑(su)性狀態(tai)，有助于顆粒的接觸擴(kuo)散(san)、流動傳質 過程的進行，能在較低的燒結溫度，較短的燒結 時間，得到晶粒細小、相對密度高和力學性能良 好的碳化硅陶瓷產品。該工藝不足在于設備及工 藝復雜，模具材料要求高，只能制備簡單形狀的零件，生產效率較低，生產成本高。
拓展閱讀：
熱等靜壓燒結-HIPSiC
Hot isostatic pressing sintering silicon carbide
熱等(deng)靜壓(ya)燒結(HIP)是使材料（粉(fen)末、素坯或燒(shao)結(jie)體(ti)）在加(jia)熱過(guo)程中經受各項均(jun)衡壓力，以(yi)惰(duo)性氣體(ti)氬氣或氮氣作(zuo)為傳壓介質，借助于(yu)高溫高壓的共同作(zuo)用促進致密(mi)化(hua)的工藝。HIP的工藝可分為兩類：1）陶瓷粉料包封后直接HIP燒結，即包套HIP工藝；2）由原料經成型（各種陶瓷成型工藝均可），預燒結后達到一定的密度，材料無開口氣孔狀態，再經HIP高溫高壓后處理。
HIP 燒結爐內典型結構(gou)
熱(re)等(deng)靜(jing)壓(ya)燒(shao)結技術可在較(jiao)低的燒(shao)結溫度下、較(jiao)短的時(shi)間內制備出各(ge)項(xiang)完全同性(xing)、微觀結構 均勻、晶粒較細且完全致密的材料；可制備出形但 HIP 燒結的突出缺點是封裝技術難以掌握，需要積累大量的經驗，此外，設備的一次性投資和運轉費用都較高，這些都妨礙著該工藝的廣泛采用。
熱壓(ya)燒(shao)結法和(he)熱等靜壓(ya)燒(shao)結法通常用于(yu)(yu)制(zhi)備燒(shao)結比較困難(nan)的(de)(de)致(zhi)密(mi)材料(liao)，它們的(de)(de)工(gong)藝成本(ben)較高(gao)(gao)，且難(nan)以(yi)制(zhi)備大尺寸(cun)的(de)(de)和(he)形(xing)狀復雜的(de)(de)部(bu)(bu)件。但(dan)在半導體制(zhi)造領域(yu)，對(dui)制(zhi)造精密(mi)儀器和(he)部(bu)(bu)件所(suo)需要的(de)(de)陶瓷材料(liao)的(de)(de)性能要求非(fei)常高(gao)(gao)，這(zhe)類陶瓷材料(liao)的(de)(de)成分(fen)控制(zhi)、純度和(he)致(zhi)密(mi)化程(cheng)度的(de)(de)重(zhong)要性遠遠高(gao)(gao)于(yu)(yu)對(dui)經濟成本(ben)的(de)(de)考量。另外，產品的(de)(de)附加值高(gao)(gao)，這(zhe)也使熱壓(ya)燒(shao)結和(he)熱等靜壓(ya)燒(shao)結顯得尤為重(zhong)要。
放電等離(li)子燒(shao)結-SPSSiC
Spark plasma sintering silicon carbide
采用放電等離子燒結(SPS)可以實現材料的低溫快速高效燒結。首先將原料放置于石墨模具中（雖然放電等離子燒結(jie)類似于熱壓，但它不是采用發熱體的間(jian)接加熱，而(er)是電流對模(mo)具和粉體進行(xing)加熱），然(ran)后快速(su)升溫(wen)并對(dui)坯體施壓(ya)和(he)直流(liu)脈沖電流(liu)，在短時(shi)間內就(jiu)可以完成(cheng)燒結（當電流(liu)很大時(shi)，在(zai)樣品(pin)中產生焦耳(er)熱及等離子體，在(zai) 10 min 內就會達(da)到(dao)快(kuai)速致密化(hua)燒(shao)結，相對密度可達98~99.5%）。放(fang)電(dian)等離(li)子燒結相較于常規燒結技術制(zhi)備高(gao)致密(mi)度(du)碳(tan)化硅陶瓷，加熱(re)速率更快，所需的燒(shao)結溫度(du)更低(di)，燒(shao)結時間更短。同時由于放電等離子燒結的時間(jian)非常(chang)短，使陶(tao)瓷(ci)材料的晶粒(li)生長(chang)受到限制，從而可(ke)以保持細小均(jun)勻的晶粒(li)。與熱(re)壓(ya)和熱(re)等靜(jing)壓(ya)類(lei)似，它能做的(de)尺寸不大(da)大(da)。
放電等離子(zi)燒(shao)結碳化硅陶瓷
拓展(zhan)閱讀(du)：
編(bian)輯：粉體圈Alpha
