自蔓延合成β-SiC粉制备碳化硅陶瓷.PDF

第38 卷 第6 期 现 代 技 术 陶 瓷 Vol. 38 No. 6 2017 年12 月 Advanced Ceramics December 2017 中图分类号： TQ12 文献编号： 1005-1198 (2017) 06-0426-07 文献标识码： A DOI ： 10.16253/ki.37-1226/tq.2017.05.003 自蔓延合成β-SiC 粉制备碳化硅陶瓷 1 2 钱承敬 ，陆有军 1 北京低碳清洁能源研究所，北京102211 2 北方民族大学 材料科学与工程学院，银川750021 摘 要：本研究采用自蔓延合成β-SiC 粉体，添加硼、碳烧结助剂，在不同的烧结温度下， 经过无压烧结制备了碳化硅陶瓷。测试了试样密度、烧失率及收缩率，分析研究了不同烧结温 度下样品的致密度。通过对比三组不同烧结助剂配方对烧成品致密的影响，并结合样品的显微 结构和相组成分析表征，研究了陶瓷微观形态与表观性能的关系。实验结果表明：烧结助剂 B 含量为1 wt%、C 含量为1.5 wt% 时，2000C 下烧结得到的材料致密度最佳，其值为2.77g/cm3 。 关键词：自蔓延燃烧；碳化硅；固相烧结；致密性 作为人类最早使用的材料之一，陶瓷材料一直以来得以广泛应用，同时也得到了不断的改进和 提高，由传统的粘土质材料制作的普通陶瓷逐渐发展成为氧化物、非氧化物、金属陶瓷等各种新型 特种陶瓷[1] 。采用人工精选或者合成的高纯度原材料，经过精确工艺控制及烧结工艺制备而成的新 型特种结构陶瓷材料具备高温强度高、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热 导率大、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等等优良特性，在汽车工业、机械化工、环境保护、空间 技术、高技术信息产业等领域受到了广泛青睐[2] 。碳化硅陶瓷作为特种结构陶瓷中的佼佼者，成功 应用于机械密封等各种耐磨、耐高温、耐腐蚀部件，在航空航天中应用为火箭的喷嘴，防弹器材高 纯度的单晶还用于制造半导体等。但是由于 SiC 陶瓷的难烧结性，它的制作工艺复杂，生产成本昂 贵，降低SiC 陶瓷的烧成温度和寻找新的廉价的生产工艺、原料仍是材料工作者的研究重点[3,4] 。自 上世纪70 年代以来，人们不断探索降低碳化硅烧结成本的方法，研究碳化硅陶瓷制品简便易行的低 成本工业化生产技术。 以往的研究中，通常采用Acheson 法生产的碳化硅块体制备陶瓷烧结所需的亚微米粉末，这一 方法需要多道工序破碎研磨，耗工费时，成本不菲，而自蔓延高温合成 (Self-Propagation High-  收稿日期： 20170509 收到修改稿日期：20170630 通讯作者： 钱承敬 (1979 ), 男, 河北保定人, 工程师。E-mail: jbxx79@ 。 第6 期 《现代技术陶瓷》 Advanced Ceramics, 2017, 38 (6): 426432  427  Temperature Synthesis, SHS) 粉末则具有其独特的优势。SHS 制备的SiC 粉粒度细小均匀，稍作处理 即可用于陶瓷烧结。杨林福等人[5]采用SHS 方法得到了纯度大于96%、平均粒径为0.87 m 的β-SiC 粉末，并且与国外同类产品进行了比较。王铁军等人[6]采用预热碳粉和硅粉的SHS 工艺合成SiC, 也 得到了纯度较高的细小SiC 颗粒。吴澜尔等人[7]用SHS 法制备了Si N -SiC 复合粉体，并进行了陶瓷 3 4 烧结实验，所得材料的抗弯强度最高可达到600 MPa 以上。 本研究参照SiC 固