SiC陶瓷的(de)優异(yì)性(xìng)能(néng)與(yǔ)其(qí)獨特(tè)結構密切(qiè)相關(guān)。

SiC是(shì)共(gòng)價鍵很強(qiáng)的(de)化合物(wù)，SiC中(zhōng)Si-C鍵的(de)離子性(xìng)僅12％左(zuǒ)右(yòu)。因(yīn)此(cǐ)，SiC強(qiáng)度(dù)高(gāo)、彈性(xìng)模量(liàng)大(dà)，具有(yǒu)優良的(de)耐磨損性(xìng)能(néng)。純SiC不(bù)会(huì)被(bèi)HCl、HNO3、H2SO4和(hé)HF等酸(suān)溶液以(yǐ)及(jí)NaOH等堿溶液侵蝕。在(zài)空气(qì)中(zhōng)加热(rè)时(shí)易發(fà)生(shēng)氧化，但氧化时(shí)表(biǎo)面(miàn)形成(chéng)的(de)SiO2会(huì)抑制氧的(de)進(jìn)一(yī)步擴散，故氧化速率並(bìng)不(bù)高(gāo)。在(zài)電(diàn)性(xìng)能(néng)方(fāng)面(miàn)，SiC具有(yǒu)半導體(tǐ)性(xìng)，少(shǎo)量(liàng)雜質(zhì)的(de)引入会(huì)表(biǎo)現(xiàn)出(chū)良好(hǎo)的(de)導電(diàn)性(xìng)。此(cǐ)外(wài)，SiC還(huán)有(yǒu)優良的(de)導热(rè)性(xìng)。

SiC具有(yǒu)α和(hé)β两(liǎng)種(zhǒng)晶型。

β－SiC的(de)晶體(tǐ)結構为(wèi)立方(fāng)晶系(xì)，Si和(hé)C分(fēn)别组成(chéng)面(miàn)心(xīn)立方(fāng)晶格；α－SiC存在(zài)着4H、15R和(hé)6H等100餘種(zhǒng)多(duō)型體(tǐ)，其(qí)中(zhōng)，6H多(duō)型體(tǐ)为(wèi)工業應(yìng)用上(shàng)最(zuì)为(wèi)普遍(biàn)的(de)一(yī)種(zhǒng)。在(zài)SiC的(de)多(duō)種(zhǒng)型體(tǐ)之(zhī)間(jiān)存在(zài)着一(yī)定(dìng)的(de)热(rè)穩定(dìng)性(xìng)關(guān)系(xì)。在(zài)温(wēn)度(dù)低(dī)于(yú)1600℃时(shí)，SiC以(yǐ)β－SiC形式存在(zài)。當高(gāo)于(yú)1600℃时(shí)，β－SiC缓慢(màn)轉(zhuǎn)變(biàn)成(chéng)α－SiC的(de)各(gè)種(zhǒng)多(duō)型體(tǐ)。4H－SiC在(zài)2000℃左(zuǒ)右(yòu)容易生(shēng)成(chéng)；15R和(hé)6H多(duō)型體(tǐ)均需在(zài)2100℃以(yǐ)上(shàng)的(de)高(gāo)温(wēn)才易生(shēng)成(chéng)；对(duì)于(yú)6H，SiC，即使温(wēn)度(dù)超过(guò)2200℃，也(yě)是(shì)非(fēi)常穩定(dìng)的(de)。SiC中(zhōng)各(gè)種(zhǒng)多(duō)型體(tǐ)之(zhī)間(jiān)的(de)自(zì)由能(néng)相差很小，因(yīn)此(cǐ)，微量(liàng)雜質(zhì)的(de)固溶也(yě)会(huì)引起(qǐ)多(duō)型體(tǐ)之(zhī)間(jiān)的(de)热(rè)穩定(dìng)關(guān)系(xì)變(biàn)化。

SiC陶瓷的(de)生(shēng)産工藝簡述如(rú)下(xià)：

碳化矽粉體(tǐ)的(de)制備技術(shù)就(jiù)其(qí)原始(shǐ)原料狀态分(fēn)为(wèi)固相合成(chéng)法和(hé)液相合成(chéng)法。

固相法主(zhǔ)要(yào)有(yǒu)碳热(rè)還(huán)原法和(hé)矽碳直(zhí)接反應(yìng)法。碳热(rè)還(huán)原法又包(bāo)括阿奇遜法、竖式爐法和(hé)高(gāo)温(wēn)轉(zhuǎn)爐法。阿奇遜法首先(xiān)由Acheson發(fà)明(míng),是(shì)在(zài)Acheson電(diàn)爐中(zhōng),石(dàn)英砂中(zhōng)的(de)二(èr)氧化矽被(bèi)碳所(suǒ)還(huán)原制得SiC,實(shí)質(zhì)是(shì)高(gāo)温(wēn)強(qiáng)電(diàn)场(chǎng)作(zuò)用下(xià)的(de)電(diàn)化學(xué)反應(yìng),己有(yǒu)上(shàng)百(bǎi)年(nián)大(dà)規模工業化生(shēng)産的(de)曆史,这(zhè)種(zhǒng)工藝得到(dào)的(de)SiC颗(kē)粒(lì)較粗(cū)。此(cǐ)外(wài),該工藝耗電(diàn)量(liàng)大(dà),其(qí)中(zhōng)用于(yú)生(shēng)産,为(wèi)热(rè)損失。

20世纪70年(nián)代(dài)發(fà)展(zhǎn)起(qǐ)来(lái)的(de)法对(duì)古典Acheson法進(jìn)行了改進(jìn),80年(nián)代(dài)出(chū)現(xiàn)了竖式爐、高(gāo)温(wēn)轉(zhuǎn)爐等合成(chéng)β一(yī)SiC粉的(de)新(xīn)設備,90年(nián)代(dài)此(cǐ)法得到(dào)了進(jìn)一(yī)步的(de)發(fà)展(zhǎn)。Ohsakis等利用SiO2與(yǔ)Si粉的(de)混合粉末(mò)受热(rè)釋放(fàng)出(chū)的(de)SiO气(qì)體(tǐ),與(yǔ)活性(xìng)炭反應(yìng)制得日一(yī),随着温(wēn)度(dù)的(de)提(tí)高(gāo)及(jí)保温(wēn)时(shí)間(jiān)的(de)延长,放(fàng)出(chū)的(de)SiO气(qì)體(tǐ),粉末(mò)的(de)比表(biǎo)面(miàn)積随之(zhī)降低(dī)。

矽、碳直(zhí)接反應(yìng)法是(shì)对(duì)自(zì)蔓延高(gāo)温(wēn)合成(chéng)法的(de)應(yìng)用,是(shì)以(yǐ)外(wài)加热(rè)源點(diǎn)燃反應(yìng)物(wù)坯體(tǐ),利用材料在(zài)合成(chéng)过(guò)程中(zhōng)放(fàng)出(chū)的(de)化學(xué)反應(yìng)热(rè)来(lái)自(zì)行維持(chí)合成(chéng)过(guò)程。除引燃外(wài)無需外(wài)部(bù)热(rè)源,具有(yǒu)耗能(néng)少(shǎo)、設備工藝簡單、生(shēng)産率高(gāo)的(de)優點(diǎn),其(qí)缺點(diǎn)是(shì)目發(fà)反應(yìng)難以(yǐ)控制。此(cǐ)外(wài)矽、碳之(zhī)間(jiān)的(de)反應(yìng)是(shì)一(yī)个(gè)弱(ruò)放(fàng)热(rè)反應(yìng),在(zài)室(shì)温(wēn)下(xià)反應(yìng)難以(yǐ)點(diǎn)燃和(hé)維持(chí)下(xià)去(qù),为(wèi)此(cǐ)常采用化學(xué)爐、将電(diàn)流直(zhí)接通(tòng)过(guò)反應(yìng)體(tǐ)、对(duì)反應(yìng)體(tǐ)進(jìn)行預热(rè)、辅加電(diàn)场(chǎng)等方(fāng)法補充能(néng)量(liàng)。

液相法主(zhǔ)要(yào)有(yǒu)溶胶(jiāo)一(yī)凝胶(jiāo)法和(hé)聚合物(wù)分(fēn)解(jiě)法。Ewell年(nián)等首次(cì)提(tí)出(chū)溶胶(jiāo)一(yī)凝胶(jiāo)法法,而(ér)真(zhēn)正(zhèng)用于(yú)陶瓷制備則始(shǐ)于(yú)1952年(nián)左(zuǒ)右(yòu)。該法以(yǐ)液體(tǐ)化學(xué)試劑配制成(chéng)的(de)醇盐(yán)前(qián)驅體(tǐ),将它(tā)在(zài)低(dī)温(wēn)下(xià)溶于(yú)溶劑形成(chéng)均勻的(de)溶液,加入适當凝固劑使醇盐(yán)發(fà)生(shēng)水(shuǐ)解(jiě)、聚合反應(yìng)后生(shēng)成(chéng)均勻而(ér)穩定(dìng)的(de)溶胶(jiāo)體(tǐ)系(xì),再經(jīng)过(guò)长时(shí)間(jiān)放(fàng)置或(huò)干(gàn)燥處(chù)理(lǐ),濃縮成(chéng)Si和(hé)C在(zài)分(fēn)子水(shuǐ)平上(shàng)的(de)混合物(wù)或(huò)聚合物(wù),繼續加热(rè)形成(chéng)混合均勻且(qiě)粒(lì)徑细(xì)小的(de)Si和(hé)C的(de)两(liǎng)相混合物(wù),在(zài)1460一(yī)1600℃左(zuǒ)右(yòu)發(fà)生(shēng)碳還(huán)原反應(yìng)最(zuì)終(zhōng)制得SiC细(xì)粉。控制溶胶(jiāo)一(yī)凝胶(jiāo)化的(de)主(zhǔ)要(yào)參数有(yǒu)溶液的(de)pH值、溶液濃度(dù)、反應(yìng)温(wēn)度(dù)和(hé)时(shí)間(jiān)等。該法在(zài)工藝操作(zuò)过(guò)程中(zhōng)易于(yú)實(shí)現(xiàn)各(gè)種(zhǒng)微量(liàng)成(chéng)份的(de)添加,混合均勻性(xìng)好(hǎo)；但工藝産物(wù)中(zhōng)常殘留羟基、有(yǒu)機(jī)溶劑对(duì)人的(de)身(shēn)體(tǐ)有(yǒu)害,原料成(chéng)本(běn)高(gāo)且(qiě)處(chù)理(lǐ)过(guò)程中(zhōng)收(shōu)縮量(liàng)大(dà)是(shì)其(qí)不(bù)足。

有(yǒu)機(jī)聚合物(wù)的(de)高(gāo)温(wēn)分(fēn)解(jiě)是(shì)制備碳化矽的(de)有(yǒu)效技術(shù)：

一(yī)類(lèi)是(shì)加热(rè)凝胶(jiāo)聚矽氧烷發(fà)生(shēng)分(fēn)解(jiě)反應(yìng)放(fàng)出(chū)小單體(tǐ),最(zuì)終(zhōng)形成(chéng)SiO2和(hé)C,再由碳還(huán)原反應(yìng)制得SiC粉。另(lìng)一(yī)類(lèi)是(shì)加热(rè)聚矽烷或(huò)聚碳矽烷放(fàng)出(chū)小單體(tǐ)后生(shēng)成(chéng)骨(gǔ)架,最(zuì)終(zhōng)形成(chéng)SiC粉末(mò)。

當前(qián)運用溶胶(jiāo)一(yī)凝胶(jiāo)技術(shù)把(bǎ)SiO2制成(chéng)以(yǐ)SiO2为(wèi)基的(de)氫氧衍生(shēng)物(wù)的(de)溶胶(jiāo)/凝胶(jiāo)材料,保證了燒結添加劑與(yǔ)增韌添加劑均勻分(fēn)布(bù)在(zài)凝胶(jiāo)之(zhī)中(zhōng),为(wèi)形成(chéng)高(gāo)性(xìng)能(néng)的(de)碳化矽陶瓷粉末(mò)提(tí)供了条(tiáo)件(jiàn)。