什么是反应烧结碳化硅？

发布日期：2019-03-29 作者：点击：

反应烧结碳化硅陶瓷是一种工艺品，由细颗粒α-SiC和添加剂压制成素坯，在高温下与液态硅接触，坯体中的碳与渗入的Si反应，生成β-SiC，并与α-SiC相结合，游离硅填充了气孔，从而得到高致密性的陶瓷材料。其可以在中等浓度的酸或碱介质中使用。

反应烧结碳化硅陶瓷又称自结合碳化硅陶瓷。典型的制品有已商品化的材料REFEL和KT以及硅浸渍烧结碳化硅等。其塑性坯料一般由碳化硅粉(~5μm)、碳或石墨以及塑性剂混合而成，也有用碳化硅粉与塑性烧结剂混合得到。坯料经压制、挤压、注浆或其他成型方法制成素坯。

塑性剂燃烧或热解为多孔的炭,液态或气态的硅与无定型碳或石墨反应生成SiC。反应生成的SiC多晶与SiC粉连成一体,过量的硅[~10%(vol)]填充了微孔得到无气孔的制品。25度弯曲强度可达400-600MPa,熔点(1410度)强度250MPa,弹性模量约为115MPa。

可用作核燃料的包覆材料、各类机械的密封零件、高温燃气轮机部件(主要是燃烧室)等效果理想。1975年，w.B.Hilling等人研发了SiC/Si复相陶瓷。通过将碳纤维(布毡或短切纤维形式)与熔融的硅反应获得碳化硅多晶体。该法的优点在于成品仍保持了碳纤维的最初取向，机械性能则与其他工艺获得的材料相仿。

反应烧结过程受诸多因素的影响，如粉末粒度、压坯密度、温度、升温速度等。烧结过程希望发生收缩，以获得高致密度的制品，但在有些情况下样品发生膨胀。反应放热使温度升高，促使液相生成和收缩、致密化。收缩与液相量的多少、分布及持续时间相关。膨胀的原因可能是合金化时物质的非平衡扩散，也可能是液相沿固相晶界穿透造成的。反应烧结过程有化合物的形成，并带有放热特征，使过程变得更为复杂。下面讨论这些因素对过程的影响。