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碳化硅的燒結(jié)生產(chǎn)方法

碳化硅陶瓷的制備碳化硅是典型的共價(jià)健結(jié)合化合物.加上它的擴(kuò)散系數(shù)很低，采用常規(guī)的燒結(jié)方法很難使其燒結(jié)及致密，必須通過(guò)添加助燒劑或采用特殊的工藝來(lái)獲得致密的碳化硅陶瓷。

主要的碳化硅燒結(jié)方法有以下幾種

1.反應(yīng)燒結(jié)法
反應(yīng)燒結(jié)制備碳化硅陶瓷的方法也稱自結(jié)合法或滲硅法，其工藝較簡(jiǎn)單。將碳化硅粉、碳粉和粘結(jié)劑混合后成型(可采用模壓、擠壓、澆鑄、注漿及等靜壓方法成型)，然后在真空或氣體保護(hù)氣氛中加熱到1450一1650℃進(jìn)行滲硅。硅以液相或氣相滲入到坯體中，與碳反應(yīng)生成sic而將原來(lái)坯體中的SiC粒子結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)SiC的燒結(jié)。這種燒結(jié)沒(méi)有尺寸變化.致密性高（氣孔率＜1%），燒結(jié)溫度較低，但燒結(jié)體中含有8%～15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的游離硅，限制了其使用溫度（通常＜1350℃）及使用環(huán)境。
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2.無(wú)壓燒結(jié)法
無(wú)壓燒結(jié)法也稱常壓燒結(jié)法，在助燒劑的作用下進(jìn)行，根據(jù)助燒劑的不同可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。固相燒結(jié)是在亞微米β-SiC中添加少量的C和B或Al、B、Al固溶在SiC中降低SiC的界面能，而C清除SiC表面的SiO₂，促進(jìn)B,、Al的擴(kuò)散及增加表面能。生坯成型后在中性或惰性氣氛中于2000～2200℃高溫下燒結(jié)，燒結(jié)體的密度可達(dá)95%的理論密度。
液相燒結(jié)是在碳化硅粉料中添加A1₂O₃和Y₂O₃ .成型后在1800一2000℃惰性氣氛下燒結(jié)。在燒結(jié)過(guò)程中A1₂O₃和Y₂O₃，形成低共熔化合物YAG(釔鋁石榴石Y3Al5O15，熔點(diǎn)1760℃)，液相的出現(xiàn)促進(jìn)了SiC的燒結(jié)并降低了燒結(jié)溫度。

3.熱壓燒結(jié)法
熱壓燒結(jié)是將含有助燒劑的碳化硅粉料壓制成型后放入石墨模具中，在一定的壓力下燒結(jié)，通常的燒結(jié)溫度為1800～22009C，壓力為20～50MPa,燒結(jié)助劑與無(wú)壓燒結(jié)類似，有B+C、 B4C、Al, A1₂O₃、Al₂O₃+Y₂O₃、AlN, B2O3等。在溫度和壓力共同作用下，使碳化硅更容易燒結(jié)，致密性更高，力學(xué)性能也較高。但該法的生產(chǎn)率低，生產(chǎn)成本高，只能適應(yīng)形狀簡(jiǎn)單的制品，故僅在某些特殊領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。

4.熱等靜壓法
熱等靜壓燒結(jié)法是共價(jià)鍵化合物合理的燒結(jié)方法。采用熱壓用的粉料或素坯，經(jīng)封裝后放人熱等靜壓機(jī)中，在1850℃和200MPa的壓力下進(jìn)行燒結(jié)，從而達(dá)到致密性和強(qiáng)度都很高的碳化硅燒結(jié)體。所采用的壓力介質(zhì)為氬氣或氮?dú)?。其特點(diǎn)是坯體四周均勻加壓，制品的均勻性好.可以制備形狀復(fù)雜的制品，并縮短工藝周期。

5.重結(jié)晶法
該法也叫后燒結(jié)法。將反應(yīng)燒結(jié)和無(wú)壓燒結(jié)的碳化硅在高溫下(＞2000溫度)進(jìn)行二次重?zé)Y(jié)，降低碳化硅中的游離硅，并使碳化硅發(fā)生重結(jié)晶過(guò)程，從而提高碳化硅的性能和使用溫度。

6.聚合物分解法
將聚碳硅烷與碳化硅粉料混合，成型后在800～1100℃氮?dú)庵袩Y(jié)，聚碳硅烷熱解形成β-SiC，將碳化硅粒子粘結(jié)。該方法生產(chǎn)的碳化硅性能較低，密度為2.34g/cm3,擾彎強(qiáng)度為61.7MPa。其優(yōu)點(diǎn)是燒結(jié)溫度低，可制造各種形狀復(fù)雜的零件，特別是原子能工業(yè)要求高純度、中子吸收截面小的高溫結(jié)構(gòu)部件。

7.第二相結(jié)合法
碳化硅陶瓷除了上述介紹的制備方法外，為了降低燒結(jié)溫度和制造成本.很據(jù)不同的使用條件，采用低熔點(diǎn)的第二相，把主晶相sic粒子結(jié)合起來(lái)形成各種復(fù)合材料，如氧化物結(jié)合碳化硅、氮化硅結(jié)合碳化硅、賽隆(Sialon)結(jié)合碳化硅。氧氮化硅結(jié)合碳化硅等。這種方法在冶金、電子、機(jī)械、輕工、石油、化工等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。