反應燒結

通過添加物的作用,使反應與燒結同時進行的一種燒結方法。反應燒結的工藝過程為:先將α-SiC粉和石墨粉按比例混勻,經乾壓、擠壓或注漿等方法製成多孔坯體。在高溫下與液態Si接觸,坯體中的C與滲入的Si反應,生成β-SiC,並與α-SiC相結合,過量的Si填充於氣孔,從而得到無孔緻密的反應燒結體。反應燒結SiC通常含有8%的游離Si。就耐高溫性能比較來看,當溫度低於900℃時,幾乎所有SiC陶瓷強度均有所提高;當溫度超過1400℃時,反應燒結SiC陶瓷抗彎強度急劇下降。

主要特點

此法與普通燒結法比較,有如下兩個主要特點:

(1)提高製品質量, 燒成的製品不收縮,尺寸不變化;

(2) 反應速度快, 傳質和 傳熱過程貫徹在燒結全過程。

普通燒結法物質 遷移過程發生在 坯體顆粒與顆粒的局部,反應燒結法物質遷移過程發生在長距離範圍內。

分為液相反應燒結和氣相反應燒結兩類。採用前一類的居多。

例如,燒結氧氮化矽坯件時添加 矽、 二氧化矽和 氟化鈣(或 氧化鈣、 氧化鎂等,玻璃相形成劑)同 氮反應生成二氮氧化二矽(Si2ON2),氧化鈣、氧化鎂等同二氧化矽形成 玻璃相,氮溶解在焙融體(玻璃相)中;Si2ON2, 晶體從被氮飽和的玻璃相中析出。這樣制出的氧 氮化矽的 密度可相當於理論密度90%以上。

工藝過程

反應燒結的工藝過程為:先將α-SiC粉和石墨粉按比例混勻,經乾壓、擠壓或注漿等方法製成多孔坯體。在高溫下與液態Si接觸,坯體中的C與滲入的Si反應,生成β-SiC,並與α-SiC相結合,過量的Si填充於氣孔,從而得到無孔緻密的反應燒結體。反應燒結SiC通常含有8%的游離Si。因此,為保證滲Si的完全,素坯應具有足夠的孔隙度。一般通過調整最初混合料中α-SiC和C的含量,α-SiC的粒度級配,C的形狀和粒度以及成型壓力等手段來獲得適當的素坯密度。

實驗表明,採用無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結和反應燒結的SiC陶瓷具有各異的性能特點。如就燒結密度和抗彎強度來說,熱壓燒結和熱等靜壓燒結SiC陶瓷相對較多,反應燒結SiC相對較低。另一方面,SiC陶瓷的力學性能還隨燒結添加劑的不同而不同。無壓燒結、熱壓燒結和反應燒結SiC陶瓷對強酸、強鹼具有良好的抵抗力,但反應燒結SiC陶瓷對HF等超強酸的抗蝕性較差。就耐高溫性能比較來看,當溫度低於900℃時,幾乎所有SiC陶瓷強度均有所提高;當溫度超過1400℃時,反應燒結SiC陶瓷抗彎強度急劇下降。(這是由於燒結體中含有一定量的游離Si,當超過一定溫度抗彎強度急劇下降所致)對於無壓燒結和熱等靜壓燒結的SiC陶瓷,其耐高溫性能主要受添加劑種類的影響。

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