www.188betkr.com 讯碳化硅（SiC）陶瓷因具有低热膨胀系数、高导热系数、高硬度、良好的热稳定性和化学稳定性等优点，在高温结构陶瓷中占有重要一席之地，被广泛应用于航空航天、核能、军事和半导体等领域。
碳化硅陶瓷产品，来源：三责新材
由于SiC具有极强的共价键和极低的扩散系数，SiC陶瓷完全致密化的难度很大，为此开发出多种SiC陶瓷的烧结技术，包括反应烧结、无压固相烧结、无压液相烧结、热压烧结和重结晶烧结等等。这些不同的烧结技术均有独特的优势，制备的SiC陶瓷在微观结构、性能和应用领域等方面也有所不同。而这些不同类型的碳化硅陶瓷你都能分清吗？
无压烧结SiC陶瓷（S-SiC）
无压烧结被认为是SiC烧结最有前途的烧结方法，该方法可适配多种成型工艺，生产成本较低，不受形状尺寸的限制，是最常见、最容易实现批量操作的烧结方式。
无压烧结是对含有微量氧的β-SiC中添加硼和碳，在2000℃左右，惰性气氛中烧结可获得98%理论密度的碳化硅烧结体。该方法一般有两种方法：固相烧结和液相烧结。其中无压固相烧结碳化硅致密性强、纯度高，尤其是它还具有独特的高导热性和优异的高温强度等性能，易于加工成尺寸大、形状复杂的陶瓷器件。
无压烧结碳化硅产品：(a)陶瓷密封件；(b)陶瓷轴承；(c)防弹板
在应用方面，SiC的无压烧结操作简单，成本适中，适用于不同形状的陶瓷零部件的批量化生产，广泛应用于的耐磨损耐腐蚀的密封环、滑动轴承等。此外，无压烧结碳化硅陶瓷因其硬度高、比重小、弹道性能好、破碎后吸收更多能量的能力和价格低廉而被广泛应用于防弹装甲，如车辆和船只的保护，以及民用保险箱和运钞车的保护。作为防弹装甲材料，它具有很好的耐多击性，整体防护效果优于普通碳化硅陶瓷；用于圆柱形陶瓷体轻防护装甲时，其断裂点可达65吨以上，防护效果明显优于使用普通碳化硅陶瓷的圆柱形陶瓷体防护装甲。
反应烧结SiC陶瓷（RB-SiC）
反应烧结SiC是一种极具吸引力的结构陶瓷，具有高强度、耐腐蚀性、抗氧化性等优异的机械性能，此外还具有烧结温度低、烧结成本低和近净尺寸成型烧结的突出特点。
反应烧结工艺流程简单，它是将碳源和SiC粉体混合制备出坯体，然后在高温毛细管力的作用下将熔融硅渗入多孔坯体中，并与坯体内部的碳源反应生成β-SiC相，同时与原α-SiC紧密结合在一起，剩余的孔隙被液硅填充，从而实现陶瓷材料的致密化烧结。在烧结过程中尺寸缩小、近净尺寸成型，可以按需制备形状复杂的样品，因此被广泛应用于各种陶瓷制品的工业化生产。
反应烧结SiC陶瓷的应用
在应用方面，高温窑具材料、辐射管、热交换器、脱硫喷嘴等均是反应烧结碳化硅陶瓷的典型应用。同时，由于碳化硅具有较低的热膨胀系数和较高的弹性模量，以及近净尺寸成型烧结等特点，反应烧结碳化硅也成为空间反射镜的理想材料。此外，随着晶片尺寸和热处理温度的提高，反应烧结碳化硅逐渐取代了石英玻璃。采用高纯的碳化硅粉和高纯硅可以制得包含部分硅相的高纯碳化硅部件，并广泛应用于电子管和半导体晶片制造设备的支撑夹具。
热压烧结SiC陶瓷（HP-SiC）
热压烧结是一种材料在高温和高压的条件下同时进行烧结和成型的烧结工艺。将干燥的碳化硅粉料填充到高强石墨模具中，升温加热过程中保持一定压力，最终同时实现成型和烧结。
热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，能在较低的烧结温度，较短的烧结时间，得到晶粒细小、相对密度高和力学性能良好的碳化硅陶瓷产品。此外，热压烧结SiC陶瓷可以达到完全致密、接近纯烧结状态。
在应用方面，HP-SiC最初于1960年代越战期间被美国直升机机组人员用作防弹衣。但随着技术发展，超高性能装甲陶瓷的HP-SiC精品市场已被热压碳化硼所取代，它成为装甲市场上的顶级产品，产品的附加价值高。这类陶瓷材料的成分控制、纯度和致密化程度的重要性远远高于对经济成本的考量。除此之外，HP-SiC还应用于耐磨和核工业领域。
重结晶SiC陶瓷（R-SiC）
重结晶烧结技术因无需添加烧结助剂引起人们的广泛关注。重结晶烧结是制备超高纯度、大型SiC陶瓷器件最常用的方法。重结晶烧结SiC陶瓷（R-SiC）的制备过程如下：将粒径不同的粗、细SiC粉体按照一定比例进行混合，并通过注浆成型、模压成型和挤出成型等工艺制备素坯；然后，将素坯在2200~2450 ℃高温以及惰性气氛保护下烧；最后，细颗粒逐渐蒸发成气相并凝聚在粗颗粒接触处，形成R-SiC陶瓷。
来源：沈阳星光
R-SiC在高温下形成，硬度仅次于金刚石。它保留了SiC的诸多优异性能，如高温强度高，耐腐蚀性强，抗氧化性优，抗热震性好等特性。因此是高温窑具、热交换器或燃烧喷嘴的理想候选材料；在航空航空、军事领域，重结晶碳化硅被用于制造航空航天器的结构部件，如发动机，尾翼，机身等，由于其优越的机械性能，耐腐蚀性，抗冲击性，能够极大地提高航空航天器的性能和使用寿命。
渗硅SiC陶瓷（SiSiC）
相比与热压法、无压法等烧结工艺，渗硅最适合工业化生产SiC，其优点是烧结时间短，烧结温度低，可达到全致密，烧结不变形等。SiSiC是由SiC基体和渗入的Si相组成，渗硅工艺有不同的路线，性能和应用也大不相同。
液体渗透：碳化硅粉体和碳粉混合压制成型，或者用多孔碳原料通过增材制造、铸造或挤压成型，熔融硅渗入坯体，在烧结过程中，硅与碳反应生成更多的碳化硅，同时填充孔隙，提高材料的密度和强度，因此也被叫做反应烧结碳化硅。
气体渗透：用硅蒸汽或者含有硅源和碳源的反应气体渗入碳材料或碳化硅坯体，再进行高温反应或沉积。这种方法成本虽高，但陶瓷密度，游离硅的均匀性等也更好。
反应烧结碳化硅制品（来源：长光精瓷）
在应用上，由于硅的渗透，SiSiC陶瓷的孔隙率低，气密性得到很大保证；而硅的掺杂也增加材料中的自由载流子（电子或空穴）浓度，从而拥有比碳化硅具有更低的电阻，利于消除零件的静电。其制备工艺和特性，有利于生产大型、复杂形状的零件或中空结构，更广泛应用于半导体加工设备等。其次，它还具备高弹性模量的优点，这一特性使得在太空的微重力环境和机械应力作用下，它能够承受较重的负荷而不产生显著的形状变化，从而确保了太空设备的精准度和构造的安全性。此外，其出色的气密性和防水性能，加上高强度、优异的刚性和可靠性，以及极低的重量，共同奠定了SiSiC作为航空航天领域首选高性能材料的地位。
来源：
伍晶晶：SiC素坯快速成型及渗硅致密化工艺研究
李辰冉：碳化硅陶瓷材料烧结技术的研究与应用进展
王凤等：碳化硅陶瓷烧结技术的研究及应用
王琨等：无压烧结SiC陶瓷研究进展
董新保等：无压烧结碳化硅防弹陶瓷材料研究进展
京瓷官网
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