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    碳化硅陶瓷發展及應用

    日期:2019年6月28日 09:37

           工業化生產碳化硅的方法是將石英、碳素(煤焦)、木屑和食鹽混合,在電爐中加熱到2200~2500℃下制成。碳化硅陶瓷和許多陶瓷的不同之處,在于它在室溫下既能導電,又耐高溫,是一種很好的發熱元件。用碳化硅制成的電熱棒叫硅碳棒,在空氣中能經受1450℃的高溫;質量好的重結晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600℃的高溫,遠高于金屬電熱元件(除了鉑、銠等貴金屬外),這是因為它在高溫空氣中會氧化生成一層致密的氧化硅薄膜,起到隔離空氣的作用,大大減慢了內層碳化硅的進一步氧化,從而使它能在高溫下工作。用熱壓工藝可以制得接近理論密度值的高致密碳化硅陶瓷,它的抗彎強度即使在1400℃左右的高溫下仍可達到500~600MPa,而其它陶瓷材料在1200℃以后,強度都會急劇下降。因此,碳化硅是在高溫空氣中強度最高的材料。

          高溫燃氣渦輪發動機要提高效率,就必須提高工作溫度,而解決問題的關鍵是找到能承受高溫的結構材料,特別是發動機內部的葉片材料。碳化硅陶瓷在高溫下有足夠的強度,且有良好的抗氧化能力和抗熱震性,這些優良品質都使它極其適合作為高溫結構材料使用。用于在1200~1400℃下工作的高溫燃氣渦輪發動機葉片的材料,許多科學家認為它和氮化硅陶瓷是最有希望的候選材料。Fountyl方泰新材生產高端微孔陶瓷吸盤porous ceramic。

          碳化硅陶瓷的熱傳導能力僅次于氧化鈹陶瓷。利用這一特性,可作為優良的熱交換器材料。太陽能發電設備中被陽光聚焦加熱的熱交換器,其工作溫度高達1000~1100℃,具有高熱傳導性的碳化硅陶瓷很適合做這種熱交換器的材料,從試驗情況來看,碳化硅陶瓷熱交換器的工作狀態良好。此外,在原子能反應堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料,還可作為火箭尾噴管的噴嘴及飛機駕駛員的防彈用品。

           此外,為了提高切削刀具的切削性能,20世紀以來,刀具材料經過了高速鋼和硬質合金兩次發展過程,目前正在進入陶瓷刀具大發展的階段。新型陶瓷以其耐高溫、耐磨削的特點,已在20世紀初引起了高速切削工具行業的注意。陶瓷刀具具有高硬度、高耐磨性,因此便成為制造切削刀具的理想材料。目前,制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化鋁、氧化鋁-碳化鈦、氧化鋁-氮化鈦-碳化鈦-碳化鎢、氧化鋁-碳化鎢-鉻、氮化硼和氮化硅等。以這類材料制作的刀具沒有冷卻液也可以工作,比起硬質合金來具有切削速度高、壽命長等優點。目前,歐美各國都已廣泛使用陶瓷材料做鉆頭、絲錐和滾刀;原蘇聯確定了7000多個品種的合金刀具,用噴涂表面陶瓷涂層的辦法來提高車刀的工作速度和使用壽命。

           陶瓷除作切削刀具外,利用其耐磨、耐腐蝕的特性還可用作各種機械上的耐磨部件。如用特種陶瓷制作農用水泵、砂漿泵、帶腐蝕性液體的化工泵及有粉塵的風機中的耐磨、耐腐蝕件或密封圈等都已取得良好的實用效果。此外,高純氧化鋁(剛玉)可制作金屬拉絲模,尤其在高溫下的熱拉絲更顯示出陶瓷的優越性;工業陶瓷中納球磨筒和磨球,金屬表面除銹用的噴砂嘴,噴灑農藥用的噴頭等??傊?,凡是需要耐磨、耐腐蝕的場合,幾乎都會看到特種陶瓷的存在。

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