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(一)碳化硅的合成和用途
碳化硅的合成是在一種特殊的電阻爐中進行的,這個爐子實際上就只是一根石墨電阻發(fā)熱體,它是用石墨顆?;蛱剂6逊e成柱狀而成的。這根發(fā)熱體放在中間,上述原料按硅石52%~54%,焦炭35%,木屑11%,工業(yè)鹽1.5%~4%的比例均勻混合,緊密地充填在石墨發(fā)熱體的四周。當通電加熱后,混合物就進行化學反應,生成碳化硅。其反應式為:
SiO2 3C→SiC 2CO↑
反應的開始溫度約在1400℃,產物為低溫型的β-SiC,基結晶非常細小,它可以穩(wěn)定到2100℃,此后慢慢向高溫型的α-SiC轉化。α-SiC可以穩(wěn)定到2400℃而不發(fā)生顯著的分解,至2600℃以上時升華分解,揮發(fā)出硅蒸氣,殘留下石墨。所以一般選擇反應的終溫度為1900~2200℃。反應合成的產物為塊狀結晶聚合體,需粉碎成不同粒度的顆粒或粉料,同時除去其中的雜質。
(二)制品制造工藝
單純用α-SiC制造制品,由于其硬度較大,將其磨成微米級細粉相當困難,而且顆粒呈板狀或針狀,用它壓成的坯體,即使在加熱到它的分解溫度附近,也不會發(fā)生明顯的收縮,難以燒結,制品的致密化程度低,能力也差。因此,在工業(yè)生產制品時,在α-SiC中加入少量的顆粒呈球形的β-SiC細粉和采用添加物的辦法來獲得致密制品。作為制品結合劑的添加物,按種類可分為氧化物、氮化物、石墨等多種,如粘土、氧化鋁、鋯英石、莫來石、石灰、玻璃、氮化硅、氧氮化硅、石墨等。成型粘結劑溶液可用羧纖維素、聚乙烯醇、木質素、淀粉、氧化鋁溶膠、二氧化硅溶膠等其中的一種或幾種。
除了用燒結法制造碳化硅制品以外,自從發(fā)明了熱壓燒結技術以后,碳化硅制品也可以用熱壓法制造,并且可以獲得更優(yōu)良的燒結性能。熱壓工藝是把坯料的成型和燒成結合為一個過程,即坯料在高溫同時又在壓力下一次成型并燒結。這種方法在冶金工業(yè)中用于粉末冶金已有數十年的歷史,在特種耐火材料工業(yè)生產中已經逐步推廣應用。采用熱壓成型燒結,可以縮短制造時間,降結溫度,改善制品的顯微結構,增加制品的致密度,提高材料的性能。選擇適當的溫度、壓力和坯料粒度等熱壓工藝條件,就可達到優(yōu)良的熱壓效果。熱壓工藝對難熔化合物的制造特別有用。熱壓用的模具因為既要經受1000℃以上的高溫,并且還要在高溫下承受數kN的壓力,因此,對制造難熔化合物制品一般均用高強度石墨作模具。