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1、*有限公司,碳化硅烧结陶瓷,（请按F5全屏观看）,*年*月*日,碳化硅陶瓷的主要类型,按生产工艺划分 1、重结晶碳化硅 RSiC 2、反应烧结RBSC SiSiC 3、常压烧结（无压烧结 ）SSiC 4、热压烧结5、热等静压烧结 6、微波烧结,综合性能：重结晶反应烧结无压烧结热压烧结热等静压烧,1、重结晶碳化硅 RSiC,简介,R-SiC采用高纯度的碳化硅(SiC )作料，成形后在2 400左右的高温下经SiC各晶粒间重新组合而形成的一种高级高温结构陶瓷材料。,特点,1)高温抗折强度达到120 MPa，是普通耐火材料的几倍以上。 2)具有较小的线性膨胀系数和较高的导热系数，导热系数是一般耐火材
2、料的5倍以上，所以具有较高的抗热震稳定性能，这一优异性能为陶瓷行业实现快速烧成，提供了必要条件。 3) SiC品位高，体积密度高，气孔率较低，提高了材料的抗氧化性能，使用寿命长。在电瓷行业1400以上，高负载下可使用200次左右，在卫生陶瓷行业可使用800 - 1000)次以上，是普通耐火材料的几倍甚至 十几倍。,性能,重结晶碳化硅具有高工作温度和耐腐蚀性（的特点）,碳化硅原料,碳化硅原料： 最常用的是两种绿色碳化硅混合 1、D50值1,2-1,7微米，比表面积为7m2， 2、（D50值）80-100微米和更细的（D50 15-20um）混合（但也可使用较好的黑碳化硅）。 化学成分 SIC99
3、%、FC0.1、Si+SiO20.1、Fe2O30.08 颗粒形状及粒度组成 1、颗粒形状近似球形，才能达到最紧密的堆积。 2、理想的原料粒度分布为双峰晶粒分布，粗料和细料的配比为6:4。,生产工艺,原料（粗细） 去离子水 结合剂,球磨 制浆,石膏模 注浆成形,胚体修整 烘干,烧成,切割包装,1、R-SiC窑具的成形方法一般有注浆成形、捣打成形、挤出法和等静压成形等。但生产陶瓷窑具的横梁和棚板等最为经济实用的依然是注浆成形法。 2、坯体一般在80一100 之间烘干30 h以上即可，要求水分小于0.5%。 3、烧结机理遵循“蒸发一凝聚”的原理，即粗颗料为骨料，细颗料蒸发而凝聚在骨料周围。升温开始
4、阶段要缓慢以便排除坯体的水分，进入高温区域，晶体长大，在最高温度2 450左右再保温1一3h即可。整个过程沪内通以高纯氨气为保护气体。,添加剂,真空压力,高纯氩气,应用,1、耐火窑具。 2、电子传播元件。,生产厂家,2、反应烧结 SiSiC,简介,反应烧结SiC又称自结合SiC，是由SiC粉和石墨按一定比例混台成坯体后，并加热到1650 左右，同时熔渗 Si或通过气相Si渗入坯体，使之与石墨起反应生成SiC，把原先存在的SiC颗粒结合起来。如果渗Si完全，就可得到完全致密、无尺寸收缩的反应烧结体。反应烧结虽可制得形状复杂的致密SiC陶瓷，并且具有良好的抗热震性，但烧结体中相当数量Si的存在，使
5、得反应烧结的SiC陶瓷高温性能较差。 渗硅的方法有2 种,一种是温度达到硅的熔融温度,产生硅的液相,通过毛细管的作用,硅直接进入坯体与碳反应生成碳化硅,达到烧结;另一种是温度大于硅的熔融温度,产生硅的蒸汽,通过硅蒸汽渗入坯体以达到烧结。,特点,与SiC的其它烧结工艺相比，反应烧结工艺具有以下特点； (1) 烧结时间短，烧结温度低。反应温度仅需在浸渗剂熔点以上的几十度，比其他烧结温度低数百度。 (2) 适合制备大尺寸，形状复杂的制品。由于素坯成型方法较多，而且烧结过程无需加压，制品的尺寸仅受烧结炉大小的限制，其形状复杂程度由成型工艺决定。 (3) 反应烧结样品是一种净尺寸烧结工艺，处理过程中尺寸
6、变化小（0.1)，且制品不用外压几乎完全致密。 (4) 不需要特殊、昂贵的设备。反应烧结工艺的成本远低于热压和无压烧结碳化硅。 但是，反应烧结工艺所得到的制品中游离硅的含量较高，这限制了制品的使 用温度。,性能,碳化硅原料,碳化硅原料： 一般为F240，F500和F1200混合，也可两种或单种。绿色或黑色碳化硅（皆可）。 化学成分 SIC99%、FC0.1、Si+SiO20.1、Fe2O30.08 颗粒形状及粒度组成 1、颗粒形状近似球形，才能达到最紧密的堆积。,生产工艺,目前用于复杂形状陶瓷制品的成型工艺主要有注浆成型、冷静压成型、注射成型、热压铸成型和凝胶注模成型等。 凝胶注模成型方法与其
7、它成型工艺相比具有以下显著特点： (1)可以用于各种陶瓷材料，成型各种复杂形状和尺寸的陶瓷零件。 (2)浆料的凝固定型时间较短且可控。 (3)所用模具为无孔模具，一般要求耐碱。 (5)这是一种近净尺寸成型技术。 (6)所用陶瓷料为高固相(体积分数不小于50)、低粘度(小于1Pa.s)。 (7)与传统的干法成形技术相比，降低了大气孔的数量，并改善气孔的分布，提高坯体的均匀性，从而有利于烧结致密化和强度的提高。,生产工艺,烧成/烧结： 在（0,2-2毫米）金属硅床上，主体以1600-1700度烧制，金属硅熔化并通过毛细管嵌入主体。由（Si + C = SiC）反应成二次碳化硅。 在烧结过程中没有尺
8、寸变化。 属性： 典型的密度：3.0 - 3,10克/立方厘米 高导热，但低工作温度，因为材料中仍有游离硅。,应用,1、耐火材料的应用 - 烧嘴，窑辊管。 2、易损部件 - 密封环等。,生产厂家,3、常压烧结 （无压烧结）SSiC,简介,含有C、B4C元素作为烧结助剂的碳化硅陶瓷烧结属于固相烧结，烧结过程主要由扩散机制控制，最佳烧结温度为2150； 含有A1203、K20、Na20、MgO等金属氧化物作为烧结助剂的碳化硅陶瓷烧结属于液相烧结，烧结过程主要由界面反应控制，最佳烧结温度为1350。 添加适当含量的C+B4C烧结助剂的碳化硅无压烧结工艺简单且易于控制，陶瓷烧结后相比于生坯有30左右的
9、体积收缩，可以获得致密度较高，力学性能较好的碳化 硅特种陶瓷。 目前，常用的烧结助剂还有B4C+C、BN+C、BP（磷化硼 ）+C、AI+C、AIN+C等。 添加适当含量的C+B4C的SiC无压烧结工艺，工艺简单，易于控制，材料致密度较高，最大密度为3169cm3(相对密度9875)；力学性能较好，最大抗压强度为550MPa。,烧结机理,固相烧结 添加B4C和C的属于固相烧结范畴，需要的烧结温度较高。SiC烧结驱动力是：粉末颗粒表面能(Eb)和多晶烧结体晶粒晃面fl皂(Es)之差，导致体系自由能降低，比值EI压。表征了粉末的烧结性。掺杂适量的B4C，烧结过程中B4C处于SiC晶界上，部分与Si
10、C形成固溶体，从而降低了SiC的晶界能E。掺杂适量的游离C对固相烧结有利，因为SiC表面通常会被氧化，导致少量Si02生成，加入的适量C有助于使SiC表面上的Si02膜还原被除去，从而提高了表面能Eb。 Si.C体系在1.013x105Pa，温度大于1880时发生分解一升华反应。SiC系中包含了Si，Si2，Si3，C，C2，C3，C4，C5，SiC，Si2C，SiC2等气相641，在SiC晶体生长过程中，温度差异是升华过程的根本驱动力，整个过程以质量输运为主，SiC系中的这些多种气相经过扩散凝聚在SiC晶母上，导致SiC晶体颗粒的长大。,烧结机理,液相烧结 液相烧结的烧结机理是以一定数量的多
11、元低共熔氧化物为烧结助剂，在高温下烧结助剂形成共熔液相，使体系的传质方式由扩散传质变为粘性流动，降低了致密化所需能量和烧结温度。固熔体的形成引起了晶格缺陷，形成自由焓。由于碳化硅烧结温度较高，在高温下碳化硅晶格振动更容易，故自由焓随温度的升高而显著增大，大大增加碳化硅内部空位，活化碳化硅烧结度。固熔体能提高烧结体致密化速率，降低了晶粒粗化速率。 液相烧结首先导致了材料在结构上的变化一晶粒细小均匀呈等轴晶状，同时由于晶界液相的引入和独特的界面结合弱化，材料的断裂也变为完全的沿晶断裂模式，结果使材料的强度和韧性得到提高。,性能,属性： 典型密度：3,10 - 3.18 g/cm3；显微组织，晶粒尺
12、寸10微米。 高导热性，韧性和耐化学腐蚀性；良好的抗氧化性。,碳化硅原料,碳化硅原料： D50值为 0.5 - 0.8微米的单种微粉。 通常是化学处理过的绿碳化硅微米，比表面积为20m3/克。 而且氧含量应尽可能低；此外，B的添加量应选择在0.5%1.5左右，而C的添加量则取决于SiC粉料中氧含量的高低。 化学成分 SIC99%、FC0.1、Si+SiO20.1、Fe2O30.08 颗粒形状及粒度组成 1、颗粒形状近似球形，才能达到最紧密的堆积。,生产工艺,对于C+B4C烧结助剂体系的样品，由于以固相烧结为主，所需的烧结温度较高，在约1300时通入氩气作为保护气氛，因为在1300以上的高温下，
13、氩气对减小SiC的分解是有利的。 衡量SiC 烧结体质量有两个必要条件: 气孔率低尽量致密；晶粒尽可能小。,应用,应用范围： 多应用在密封上,生产厂家,4、热压烧结,简介,热压烧结定义、过程与特点 热压烧结的定义：热压烧结就是一种压制成形和烧结同时进行的粉体材料成形工艺方法,是将粉末装在压模内,在专门的热压机中加压同时把粉末加热到熔点以下,在高温下单向或双向施压成形的过程。 热压烧结的过程：在烧结过程中,高温高压的交互作用使粉体颗粒的粘性、塑性流动及原子的扩散得以加强；同时颗粒与颗粒间的接触点因有较大的接触电阻,在烧结时的大电流下产生电弧放弧或局部大量发热,而且电磁场的作用进一步加速了原子的扩
14、散,有利于烧结颈的形成和长大,具有催化和活化烧结功效,并有利于坯件的烧成,使烧结温度降低、时间缩短、性能提高。 热压烧结的特点：热压烧结的优点是烧结时间短、温度低、晶粒细、产品性能高等；热压烧结的缺点是过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。 热压烧结技术生产工艺十分丰富，分类目前无统一规范和标准。依据现状可以分为真空热压、气氛热压、震动热压、均衡热压、热等静压、反应热压和超高压烧结。,5、热等静压烧结,简介,将陶瓷粉料或陶瓷素坯经包封后放入高温热等静压的装置中，在高温高压下烧结成致密体，特点是四周同时加压，简称HIP。 HIP是由美国科学家于19
15、55年发明的，20世纪70年代开始在陶瓷领域应用，与无压烧结、热压烧结相比，可以降低烧结温度，缩短烧结时间，甚至可在无烧结助剂的情况下制备出几乎完全致密的材料，压力介质为N2或氩气。,简介,工艺过程一般可分为两类： （1）将陶瓷粉末成型后，素烧成素坯后由玻璃或金属箔封装后进行HIP烧结，或者由陶瓷粉末直接封装后进行HIP烧结； （2）陶瓷粉成型后，先烧结到无连通的气孔后，再经HIP烧结。 前者需要封装，后者不需要封装。 （3）HIP后处理工艺，可进一步降低陶瓷的气孔率，提高其密度、强度及断裂韧性。 （4）HIP在同一设备中完成素坯的烧结和烧结体的后处理，可大大缩短工艺周期，降低生产成本，并可制造出复杂形状的烧结体。,简介,谢谢大家！,