碳化硅陶瓷是一種人造的強共價鍵非氧化物陶瓷材料。其性能不僅與燒結的工藝有關,還與前驅粉體的物化特性、制備方法、輔助制劑的組成和含量有關,而制備方法直接影響多相物質之間的分布界面特性。
共沉淀法
共沉淀法的基本原理是,含有多種陽離子的可溶性鹽溶液在加入沉淀劑后,所有離子完全沉淀。共沉淀法操作簡單,對設備和技術的要求不高,且產品純度高、成本低。但洗除原溶液中的陰離子有一定難度,無法實現微觀組的均勻性,得到的粒子粒徑分布寬、分散性差。
均相沉淀法
均相沉淀法是指利用尿素的水解反應,使構品離子緩慢、均勻產生的方法。該方法解決了直接添加沉淀劑導致局部濃度不均勻的缺點,從而使得沉淀物顆粒均勻而致密,便于洗滌過濾,制得的產品具備粒度小、分布窄、團聚少等優點。但陰離子的洗滌過程繁雜,能耗高、效率低,不適合工業生產。
固相反應法
固相反應法的基本過程是:將固體原料互相混合后進行長時間加熱,反應物的接觸界面離子在高溫下會自擴散和互擴散,或發生化學鍵斷裂,這種變化向原料內部深度擴散,直至生成新物質。傳統的高溫固相法存在一定的缺點,如合成溫度高、反應時間長、產物顆粒粗等,需要經球磨進一步處理,而球磨會影響其二次特性。
燃燒合成法
燃燒法是利用有機燃料和金屬鹽溶液之間的放熱反應,使反應體系快速升溫,直接生成YAG相。該方法省時節能,產物粒度小,且粒徑分布均勻。但影響反應的因素較多,如燃料類型、燃料和金屬鹽的摩爾比、燃燒溫度等。
水熱合成法
水熱合成法是高溫、高壓環境下,原料在水、水溶液或蒸汽等流體中進行化學反應的方法。此法既可制備單組分的微小晶體,也可制備多組分的特殊化合物粉末,其產品具有純度高、分散性好、分布窄、無團聚等優點。由于避開了前驅體的鍛燒過程,因此粉末中不含硬團聚,燒結性極佳。
噴霧干燥法
該方法是將粉體流態化后噴到熱空氣中快速干燥,從而得到形狀規則的球狀粉粒。噴霧干燥法可避免各組份的再團聚和沉降分離,制得的產品粒度分布均勻、流動性好,適合連續自動成型工藝。但此法反應溫度低,不易包裹均勻,霧化時液滴容易粘連,排水時組分容易偏析,干燥時前驅體容易流失。
高能球磨法
高能球磨法是將兩種以上的金屬或非金屬粉末經高能球磨加工成為具有微細組織結構的合金或陶瓷粉末。高能球磨法工藝簡單,是一種節能、高效的材料制備技術,能夠制備常溫下難以制得的材料。但其產品粒度分布不均勻,容易摻入雜質,部件也易磨損,有待更深層次的研究。
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法的基本原理是以液體化學試劑配置成硅的醇鹽前驅體,將它在低溫下溶于溶劑形成均勻的溶液,加入凝固劑使醇鹽發生水解、聚合反應后生成均勻而穩定的溶膠體系,再經長時間放置或干燥處理,濃縮成硅和碳在分子水平上的混合物或聚合物,繼續加熱形成混合均勻且粒徑細小的兩相混合物,最終在高溫條件下發生碳還原反應制得碳化硅細粉。該方法的工藝產物中殘留的羥基和有機溶劑對人體有害,且原料成本高,處理過程中收縮量大。
高性能的碳化硅陶瓷材料具有高技術、高附加值等特點,超細粉碳化硅以其耐高溫、耐化學腐蝕、高熱導率、低熱膨脹等性能在汽車、機械化工、環境保護、空間技術、信息電子、能源等領域得到廣泛應用。盡管碳化硅應用廣泛、制備技術日趨完善,但仍需加強合成過程機理、制備工藝技術以及工業化生產設備等方面的研究工作,以提高其產率與產量。
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