碳化硅陶瓷如何烧结

碳化硅陶瓷的烧结方法及工艺主要有以下3种。

01热压烧结

碳化硅由于是共价化合物，很难采取通常离子键结合材料所采用的常压烧结法制备高致密化材料，必须加入第二相或采用一些特殊的工艺手段促进其致密化烧结。热压烧结是很好的方法。纯SiC粉热压烧结可以接近理论密度，但需要高温（2000℃）以及高压（>350MPa）。采用第二相添加剂能够强烈促进其致密化速率，并大幅降低烧结温度和压力，获得接近理论密度的SiC陶瓷材料。研究表明，B是最有效的添加剂，加入0.8％的硼在1950℃，压力70MPa，保温30min条件下制得的SiC陶瓷的相对密度大于95％。原因是B能够溶解在SiC中促进烧结。进一步的研究表明，游离碳的存在是促进烧结的一个重要因素，从不同C和B的加入量试验可知，B的最大加入量为0.36％，在2100℃时B在SiC中的溶解度为0.2％，剩余的B与C形成B4C并溶解到SiC中形成固溶体，对促进烧结也是有利的。除此之外，常用的添加剂还有Al2O3、AlN和BN等，这些添加剂要么与SiC形成固溶体，要么与其他物质形成液相促进烧结。

02常压烧结

纯SiC采用常压烧结方法是不可能的，但是，适当地选择添加剂和控制SiC的纯度、粒度以及相组成是完全有可能的。当采用超细（亚微米级）β-SiC，其中氧含量小于0.2％，加入0.5％ B和1.0％ C，在1950～2100℃下于惰性气氛或真空中常压烧结，得到几乎完全致密的SiC陶瓷。常压烧结对工业化生产是非常有利的。

03反应烧结

反应烧结是利用α-SiC粉和石墨粉按一定比例混合压制成坯体后，加热到1650℃左右，同时熔渗Si或通过气相Si渗入坯体，使之与石墨反应生成β-SiC，把原来的α-SiC颗粒结合起来。如果允许完全渗Si，那么在整个过程中可获得气孔率为零，没有尺寸变化的材料，这是反应烧结SiC的最大特点。虽然这种方法制备的陶瓷质地致密，但由于含有相当数量的Si，使应用温度受到限制。实际生产中，坯体中要有过量的气孔，以防止由于渗Si过程首先在表面进行而形成不透气的SiC层，从而阻碍反应烧结继续进行。过剩的气孔被Si所填充，最终制品的组成中SiC约90％～92％，Si约8％～10％。