碳化硅陶瓷的特點與用途？
發布時間：
2023-02-27
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一、SIC陶瓷的顯著特點
低密度、高彈性模量；高強度，特別是高溫強度高、高溫蠕變小；高硬度和低的摩擦系數，具有優異的耐磨損性能；低熱膨脹系數、高熱導率嗎，具有優良的抗熱沖擊性；化學穩定性好；耐腐蝕性能優異；電阻率大小通過純度和摻雜來調控，具有半導體性能。
二、SIC陶瓷主要用途：
作為性能優異的結構陶瓷和高溫材料，碳化硅陶瓷已在石油化工，鋼鐵冶金、機械電子、航空航天、能源環保、核能、汽車、高溫窯爐等工業領域得到越來越多的應用。
（1）密封環，滑動軸承
無壓燒結和反應燒結致密的碳化硅材料，因其優異耐磨性、高導熱性、耐高溫和耐腐蝕性，是制造密封環、滑動軸承及摩擦保護軸套的理想材料。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，作為機械密封在許多苛刻的環境下使用。如在船舶、化工、冶金、石油、造紙工業中用于耐酸、耐堿泵的密封裝置和滑動裝置，具有氣密性好、壽命長等特點，已得到廣泛的應用。以Sic密封環在汽車水冷泵中的面密封應用為例。面密封主要提供轉動界面的密封，防止在密封側的液體或氣體流到另 側。 汽車發動機水冷的循環水泵裝置，采用陶瓷環密封可避免水泵轉動過程中水的滲漏，能夠同時實現密封與滑動。過去常用Al,O,陶瓷制造,但現在采用siC材料,因為SiC比Al.O,硬度高、耐磨性好使用壽命長。類似的siC密封環在汽車空調壓縮機上也得到應用。
（2）防彈陶瓷
SiC陶瓷由于硬度高、密度小、防護性能較好和價格較低(與B,C陶瓷比較)，在防彈裝甲中應用具有- -定競爭優勢。其防護性能優于Al2O3 陶瓷，雖略遜于B,C陶瓷(約為B,C陶瓷的70%~80%),但SiC陶瓷制造成本遠低于B.C。目前，常壓燒結SiC和反應燒結SiC陶瓷板特別適合用量大且防護裝甲不能過厚過重的場合。如美國CERCOM,INC公司制備的高硬度、高韌性和高韋布爾模數(四點彎曲強度為580 MPa,斷裂韌性Kxc為4.7 MPa●m1/2,韋布爾模數m=17)的SiC陶瓷是一種優異防彈材料。
（3）噴嘴
在石油工業、能源環保宇航火箭和機械制造業等領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良的耐腐蝕性,因而得到廣泛應用。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。反應燒結、無壓燒結和重結晶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
研磨盤是半導體工業中超大規模集成電路用硅晶片生產的重要工藝裝備,通常使用的鑄鐵或碳鋼研磨盤的使用壽命短熱膨脹系數大，在加工硅晶片過程中,特別是在高速研磨或拋光時，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，硅晶片尺寸越來越大。系數與硅晶片基本相同,因而可以進行高速研陶瓷研磨盤將使硅晶片研磨質量和效率顯茅，對硅晶片質量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卡博倫登(Carborundum)公司制造的SiC陶瓷瓷研磨盤， 直應用于半導體工業。圖8130.(d)為半導體工業用SiC部件及放置硅片的SiC支架。
（5）高溫熱交換器
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具有耐高溫、、耐腐蝕和抗熱震性，可承受大的熱應力。對熱交換器材料的另一性能要求是高熱導 率，以使傳熱速率最大和熱交換器效率最佳。sic具有高的熱導率、優良的耐高溫能力和耐腐蝕性以及較好的抗熱震性,因此長久以來一直是工業熱交換器的最主要材料。例如，鋼鍛造爐的Sic熱交換器自1985 年投人使用已累計超過50萬h,鋯重熔爐采用SiC熱交換器后可節省燃料38%。
（6）熱機部件
SiC陶瓷突出的高溫強度和優良的抗高溫蠕變能力以及抗熱震性，使其成為火箭、飛機、汽車發動機和燃氣輪機中熱機部件的主要材料之-。如通用汽車公司研制的AGT100車用陶瓷燃氣輪機采用SiC陶瓷用作燃燒室環、燃燒室簡體導向葉片和渦輪轉子等高溫部件。這些siC部件主要通過反應燒結、無壓燒結或熱壓燒結制備而成。由于SiC陶瓷韌性較差,因此在發動機或燃氣輪機中主要作為靜態熱機部件使用。
（7）高溫窯具
重結晶siC和固相常壓燒結sc陶瓷，都是優異高溫窯具材料，可以用作高溫橫梁、根棒、棚板，用體等，使用溫度達到16如圖83(6.)5元法國班(SANEGOBAIN)公司采用無壓燒結SiC I陶瓷制作高溫窯具的橫梁,具有 自結合、細晶粒(<10 um)顯
微結構特點,其高溫強度和抗氧化性十分優異，在100C下抗彎強度維持400 MPa以上，1000濕蒸汽條件下,氧化增重遠小于重結晶SiC和SiN,結合SiC陶瓷。
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