碳化硅陶瓷的特點與用途？
發(fā)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(shù)，具有優(yōu)異的耐磨損性能；低熱膨脹系數(shù)、高熱導率嗎，具有優(yōu)良的抗熱沖擊性；化學穩(wěn)定性好；耐腐蝕性能優(yōu)異；電阻率大小通過純度和摻雜來調(diào)控，具有半導體性能。
二、SIC陶瓷主要用途：
作為性能優(yōu)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(huán)保、核能、汽車、高溫窯爐等工業(yè)領域得到越來越多的應用。
（1）密封環(huán)，滑動軸承
無壓燒結和反應燒結致密的碳化硅材料，因其優(yōu)異耐磨性、高導熱性、耐高溫和耐腐蝕性，是制造密封環(huán)、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(huán)，作為機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(huán)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(fā)動機水冷的循環(huán)水泵裝置，采用陶瓷環(huán)密封可避免水泵轉動過程中水的滲漏，能夠同時實現(xiàn)密封與滑動。過去常用Al,O,陶瓷制造,但現(xiàn)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(huán)在汽車空調(diào)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(yōu)勢。其防護性能優(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(shù)(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(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)保宇航火箭和機械制造業(yè)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(yōu)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(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(shù)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(zhì)量和效率顯茅，對硅晶片質(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(yè)。圖8130.(d)為半導體工業(yè)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(yōu)良的耐高溫能力和耐腐蝕性以及較好的抗熱震性,因此長久以來一直是工業(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 年投人使用已累計超過50萬h,鋯重熔爐采用SiC熱交換器后可節(jié)省燃料38%。
（6）熱機部件
SiC陶瓷突出的高溫強度和優(yōu)良的抗高溫蠕變能力以及抗熱震性，使其成為火箭、飛機、汽車發(fā)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(huán)、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(fā)動機或燃氣輪機中主要作為靜態(tài)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(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(yōu)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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