碳化硅陶瓷的常见烧结工艺
1.反应烧结
反应烧结碳化硅的过程从碳源和碳化硅粉末的混合开始。通过注浆、干压或冷等静压形成混合物后，制备生坯。随后，在真空或惰性气氛中将生坯加热至1500℃以上，发生硅渗透反应。固态硅熔化成液态硅，通过毛细作用渗透到生坯中。液态硅（或硅蒸气）与体内的碳发生化学反应，原位形成β-SiC，β-SiC与现有的SiC颗粒结合，形成反应烧结碳化硅陶瓷材料。影响反应烧结碳化硅性能的关键因素包括碳源的尺寸和类型、碳化硅原料的粒度、坯体的孔隙率、烧结温度和保温时间。反应烧结具有烧结温度低、生产成本低、材料致密化程度高等优点，特别适合制造大型、形状复杂的结构件。典型应用包括高温窑炉材料、辐射管、热交换器和脱硫喷嘴。
2. 无压烧结
碳化硅的无压烧结无需施加外部压力。添加合适的烧结助剂，在2000℃至2150℃之间实现致密烧结。根据烧结助剂的形式，该工艺可分为固相烧结和液相烧结。固相烧结采用B和C作为烧结助剂，其他选择包括B4C + C、BN + C、BP + C、AlB2 + C。固相烧结可以实现高密度（3.10 - 3.15 g/cm3），无晶间玻璃相，具有优异的高温机械性能，使用温度高达1600°C。然而，如果烧结温度太高，可能会导致晶粒尺寸变大，弯曲强度降低。液相烧结采用一定量的多元低共晶氧化物作为烧结助剂，在较低温度下实现SiC的致密化。该工艺产生细小均匀的等轴晶，液相的引入削弱了界面结合，导致完全穿晶断裂，强度和韧性显着提高。碳化硅无压烧结是一项成熟的技术，具有可采用多种成型工艺、生产成本低、通过适当的添加剂可实现高强度和韧性等优点。典型的工业产品包括耐磨、耐腐蚀密封圈、滑动轴承等。
3.热压烧结
热压烧结是将干燥的碳化硅粉末填充到高强度石墨模具中。在受控的压力-温度-时间条件下同时施加轴向压力和加热，导致碳化硅的烧结和成型。该过程受益于同时施加热量和压力，其中粉末处于热塑性状态，促进颗粒接触、扩散和流动传质过程。该方法可以在较低的烧结温度和较短的烧结时间下生产出晶粒细小、相对密度高、力学性能优异的碳化硅陶瓷。但其设备和工艺复杂、对模具材料要求高、对形状简单的零件适用性有限、生产效率低、生产成本高是显着缺点。因此，该方法主要适用于特殊应用。
4. 热等静压 (HIP) 烧结
HIP 涉及在加热过程中使材料（粉末、生坯或烧结体）承受平衡压力，并利用氩气或氮气等惰性气体作为压力传输介质。高温和高压的结合促进了致密化。 HIP技术可以在较低的烧结温度和较短的时间下生产完全均质、微观结构均匀、细晶且完全致密的材料。它适用于制备复杂形状的产品，特别是当纳米颗粒陶瓷制备需要低粉末要求时。该技术可以精确控制产品的最终尺寸，只需最少的后处理，甚至无需额外处理即可直接使用。然而，HIP烧结的特点是封装技术壁垒高、投资和运行成本高，限制了其广泛应用。
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