碳化硅陶瓷的特點(diǎn)與用途？
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2023-02-27
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一、SIC陶瓷的顯著特點(diǎn)
低密度、高彈性模量；高強(qiáng)度，特別是高溫強(qiáng)度高、高溫蠕變小；高硬度和低的摩擦系數(shù)，具有優(yōu)異的耐磨損性能；低熱膨脹系數(shù)、高熱導(dǎo)率嗎，具有優(yōu)良的抗熱沖擊性；化學(xué)穩(wěn)定性好；耐腐蝕性能優(yōu)異；電阻率大小通過(guò)純度和摻雜來(lái)調(diào)控，具有半導(dǎo)體性能。
二、SIC陶瓷主要用途：
作為性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)陶瓷和高溫材料，碳化硅陶瓷已在石油化工，鋼鐵冶金、機(jī)械電子、航空航天、能源環(huán)保、核能、汽車、高溫窯爐等工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
（1）密封環(huán)，滑動(dòng)軸承
無(wú)壓燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)致密的碳化硅材料，因其優(yōu)異耐磨性、高導(dǎo)熱性、耐高溫和耐腐蝕性，是制造密封環(huán)、滑動(dòng)軸承及摩擦保護(hù)軸套的理想材料。可加工成各種形狀而且尺寸精度和表面光潔度高的密封環(huán)，作為機(jī)械密封在許多苛刻的環(huán)境下使用。如在船舶、化工、冶金、石油、造紙工業(yè)中用于耐酸、耐堿泵的密封裝置和滑動(dòng)裝置，具有氣密性好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，已得到廣泛的應(yīng)用。以Sic密封環(huán)在汽車水冷泵中的面密封應(yīng)用為例。面密封主要提供轉(zhuǎn)動(dòng)界面的密封，防止在密封側(cè)的液體或氣體流到另 側(cè)。 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)水冷的循環(huán)水泵裝置，采用陶瓷環(huán)密封可避免水泵轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中水的滲漏，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)密封與滑動(dòng)。過(guò)去常用Al,O,陶瓷制造,但現(xiàn)在采用siC材料,因?yàn)镾iC比Al.O,硬度高、耐磨性好使用壽命長(zhǎng)。類似的siC密封環(huán)在汽車空調(diào)壓縮機(jī)上也得到應(yīng)用。
（2）防彈陶瓷
SiC陶瓷由于硬度高、密度小、防護(hù)性能較好和價(jià)格較低(與B,C陶瓷比較)，在防彈裝甲中應(yīng)用具有- -定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其防護(hù)性能優(yōu)于Al2O3 陶瓷，雖略遜于B,C陶瓷(約為B,C陶瓷的70%~80%),但SiC陶瓷制造成本遠(yuǎn)低于B.C。目前，常壓燒結(jié)SiC和反應(yīng)燒結(jié)SiC陶瓷板特別適合用量大且防護(hù)裝甲不能過(guò)厚過(guò)重的場(chǎng)合。如美國(guó)CERCOM,INC公司制備的高硬度、高韌性和高韋布爾模數(shù)(四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為580 MPa,斷裂韌性Kxc為4.7 MPa●m1/2,韋布爾模數(shù)m=17)的SiC陶瓷是一種優(yōu)異防彈材料。
（3）噴嘴
在石油工業(yè)、能源環(huán)保宇航火箭和機(jī)械制造業(yè)等領(lǐng)域都需要使用各種噴嘴，見圖8-13(g)。SiC陶瓷因具有比Al2O3和SiN陶瓷更高的硬度和抗熱沖擊性以及優(yōu)良的耐腐蝕性,因而得到廣泛應(yīng)用。例如噴砂器用噴嘴,SiC陶瓷的使用壽命是Al,O,陶瓷的3.5倍。反應(yīng)燒結(jié)、無(wú)壓燒結(jié)和重結(jié)晶sic都可用作高溫窯爐中燃燒器噴嘴和火電廠脫硫除塵用脫硫噴嘴。
（4）研磨盤
研磨盤是半導(dǎo)體工業(yè)中超大規(guī)模集成電路用硅晶片生產(chǎn)的重要工藝裝備,通常使用的鑄鐵或碳鋼研磨盤的使用壽命短熱膨脹系數(shù)大，在加工硅晶片過(guò)程中,特別是在高速研磨或拋光時(shí)，由于研磨盤的磨損和熱變形，使硅晶片的陶瓷的研磨盤由于硬度高而磨損小，且熱膨面度和平行度難以保證。采用碳化硅磨拋光。最近幾年來(lái)，硅晶片尺寸越來(lái)越大。系數(shù)與硅晶片基本相同,因而可以進(jìn)行高速研陶瓷研磨盤將使硅晶片研磨質(zhì)量和效率顯茅，對(duì)硅晶片質(zhì)量I效率提出了更高的要求,采用sic著提高，日本京瓷公司和東芝陶瓷公司以及美國(guó)卡博倫登(Carborundum)公司制造的SiC陶瓷瓷研磨盤， 直應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)。圖8130.(d)為半導(dǎo)體工業(yè)用SiC部件及放置硅片的SiC支架。
（5）高溫?zé)峤粨Q器
在許多情況下，比如在金屬和玻璃熔窯、、煅燒爐和燒煤的爐中，放出的氣體不僅溫度高而且有腐蝕性,這就要求熱交換器同時(shí)具有耐高溫、、耐腐蝕和抗熱震性，可承受大的熱應(yīng)力。對(duì)熱交換器材料的另一性能要求是高熱導(dǎo) 率，以使傳熱速率最大和熱交換器效率最佳。sic具有高的熱導(dǎo)率、優(yōu)良的耐高溫能力和耐腐蝕性以及較好的抗熱震性,因此長(zhǎng)久以來(lái)一直是工業(yè)熱交換器的最主要材料。例如，鋼鍛造爐的Sic熱交換器自1985 年投人使用已累計(jì)超過(guò)50萬(wàn)h,鋯重熔爐采用SiC熱交換器后可節(jié)省燃料38%。
（6）熱機(jī)部件
SiC陶瓷突出的高溫強(qiáng)度和優(yōu)良的抗高溫蠕變能力以及抗熱震性，使其成為火箭、飛機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中熱機(jī)部件的主要材料之-。如通用汽車公司研制的AGT100車用陶瓷燃?xì)廨啓C(jī)采用SiC陶瓷用作燃燒室環(huán)、燃燒室簡(jiǎn)體導(dǎo)向葉片和渦輪轉(zhuǎn)子等高溫部件。這些siC部件主要通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)、無(wú)壓燒結(jié)或熱壓燒結(jié)制備而成。由于SiC陶瓷韌性較差,因此在發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)中主要作為靜態(tài)熱機(jī)部件使用。
（7）高溫窯具
重結(jié)晶siC和固相常壓燒結(jié)sc陶瓷，都是優(yōu)異高溫窯具材料，可以用作高溫橫梁、根棒、棚板，用體等，使用溫度達(dá)到16如圖83(6.)5元法國(guó)班(SANEGOBAIN)公司采用無(wú)壓燒結(jié)SiC I陶瓷制作高溫窯具的橫梁,具有 自結(jié)合、細(xì)晶粒(<10 um)顯
微結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其高溫強(qiáng)度和抗氧化性十分優(yōu)異，在100C下抗彎強(qiáng)度維持400 MPa以上，1000濕蒸汽條件下,氧化增重遠(yuǎn)小于重結(jié)晶SiC和SiN,結(jié)合SiC陶瓷。
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