什么是反應燒結碳化硅？

發布日期：2019-03-29 作者：點擊：

反應燒結碳化硅陶瓷是一種工藝品，由細顆粒α-SiC和添加劑壓制成素坯，在高溫下與液態硅接觸，坯體中的碳與滲入的Si反應，生成β-SiC，并與α-SiC相結合，游離硅填充了氣孔，從而得到高致密性的陶瓷材料。其可以在中等濃度的酸或堿介質中使用。

反應燒結碳化硅陶瓷又稱自結合碳化硅陶瓷。典型的制品有已商品化的材料REFEL和KT以及硅浸漬燒結碳化硅等。其塑性坯料一般由碳化硅粉(~5μm)、碳或石墨以及塑性劑混合而成，也有用碳化硅粉與塑性燒結劑混合得到。坯料經壓制、擠壓、注漿或其他成型方法制成素坯。

塑性劑燃燒或熱解為多孔的炭,液態或氣態的硅與無定型碳或石墨反應生成SiC。反應生成的SiC多晶與SiC粉連成一體,過量的硅[~10%(vol)]填充了微孔得到無氣孔的制品。25度彎曲強度可達400-600MPa,熔點(1410度)強度250MPa,彈性模量約為115MPa。

可用作核燃料的包覆材料、各類機械的密封零件、高溫燃氣輪機部件(主要是燃燒室)等效果理想。1975年，w.B.Hilling等人研發了SiC/Si復相陶瓷。通過將碳纖維(布氈或短切纖維形式)與熔融的硅反應獲得碳化硅多晶體。該法的優點在于成品仍保持了碳纖維的最初取向，機械性能則與其他工藝獲得的材料相仿。

反應燒結過程受諸多因素的影響，如粉末粒度、壓坯密度、溫度、升溫速度等。燒結過程希望發生收縮，以獲得高致密度的制品，但在有些情況下樣品發生膨脹。反應放熱使溫度升高，促使液相生成和收縮、致密化。收縮與液相量的多少、分布及持續時間相關。膨脹的原因可能是合金化時物質的非平衡擴散，也可能是液相沿固相晶界穿透造成的。反應燒結過程有化合物的形成，并帶有放熱特征，使過程變得更為復雜。下面討論這些因素對過程的影響。