一篇了解碳化硅陶瓷特性及应用领域的文章
1、 碳化硅陶瓷及其性能特点
在21世纪, 随着科学技术的发展, 信息, 活力, 材料与生物工程成为社会生产力发展的四大支柱. 碳化硅的特点是化学性质稳定, 高导热性, 低热膨胀系数, 低密度, 良好的耐磨性, 高硬度, 高机械强度和耐化学腐蚀, 在材料领域发展迅速，广泛应用于陶瓷球轴承等领域, 阀门, 半导体材料, 陀螺仪, 测量仪器, 航天, 等等.
碳化硅陶瓷于1960年代开始发展, 以前碳化硅主要用作机械研磨材料和耐火材料. 世界各国高度重视先进陶瓷产业化, 现在他们不再满足于制备传统的碳化硅陶瓷. 生产高科技陶瓷的企业发展较快, 特别是在发达国家. 最近几年, 以碳化硅陶瓷为主的多相陶瓷相继出现, 提高个别材料的韧性和强度. 碳化硅的四大主要应用领域是功能陶瓷, 高级耐火材料, 磨料, 和冶金原料.
2、 碳化硅陶瓷应用实例
1. 碳化硅磨具
碳化硅硬度高，可制成各种砂轮, 砂纸, 和磨料, 主要用于机械加工业. 碳化硅的莫氏硬度为 9.2-9.6, 仅次于金刚石和碳化硼, 并且是一种常用的磨料. 碳化硅磨料的化学成分包括碳化硅, 游离碳, 和 Fe2O3. 磨具的具体化学成分见表 2. 碳化硅含量越高, 其硬度和磨削性能越好. 我国工业碳化硅主要用作磨料. 磨具在工业上应用广泛, 特别是在加工高精度或硬零件时, 和研磨工具是必不可少的.
砂轮也是磨削刀具和切削硬质材料的必备工具. 碳化硅砂轮是一种圆形整体磨具，中心有通孔，由磨料和结合树脂制成, 而且是模具中最常用的. 碳化硅的主要成分是黑碳化硅和绿碳化硅. 与绿碳化硅相比，黑碳化硅的硬度较低, 用于研磨硬度较低的材料, 如铸铁和非金属材料; 铝碳化硅适用于磨削硬质合金, 光学玻璃, 碳合金等. 还有一种立方碳化硅专门用于微型轴承的超精密磨削. 在具有相同粒度的其他磨料中, 立方碳化硅加工效率最高.
在汽车制造业, 活塞环与气缸的配合, 气门与阀座之间, 传动和齿轮的精度需要研磨和模具加工.
2. 碳化硅复合材料
碳化硅基复合材料 (碳化硅CMC) 由于其高韧性，已被广泛应用于航空航天领域的高温热结构, 高强度, 和优异的抗氧化性. SiC-CMC制备工艺包括纤维预成型, 高温处理, 中间相涂层, 基质致密化, 和后处理. 高强碳纤维强度高，韧性好, 由其制成的预制体具有良好的力学性能.
中间相涂层 (IE. 接口技术) 是制备过程中的关键技术. 制备中间相涂层的方法包括化学气相渗透 (CVI), 化学气相沉积 (化学气相沉积), 防晒凝胶 (溶胶), 和聚合物浸渍热解 (PLP). CVI法和PIP法最适合制备碳化硅基复合材料.
用于界面涂层的材料包括热解碳, 氮化硼, 和碳化硼, 其中碳化硼作为抗氧化界面涂层越来越受到关注. 碳化硅CMC, 通常在氧化条件下长期使用, 还需要通过沉积一层约 100 通过CVD工艺在产品表面加厚μM的致密碳化硅，增强其抗高温氧化能力.
3. 碳化硅陶瓷球
碳化硅陶瓷球具有优良的机械性能, 优异的抗氧化性, 高耐磨性, 和低摩擦系数. 碳化硅陶瓷球具有较高的高温强度, 而普通陶瓷材料的强度在1200~1400摄氏度时会明显下降. 然而, 碳化硅抗弯强度保持在500~600MPa的较高水平 1400 摄氏度, 所以它的工作温度可以达到1600~1700摄氏度.
碳化硅陶瓷球的应用范围: 已广泛应用于石油等行业, 化学工程, 微电子学, 汽车, 航天, 航空, 造纸, 激光, 矿业, 和原子能. 碳化硅已广泛应用于高温轴承, 盘子, 喷嘴, 耐高温腐蚀部件, 以及高温和高频范围内的电子设备组件.
4. 其他应用
碳化硅陶瓷是制造密封圈的理想材料. 搭配石墨材质时, 其摩擦系数小于氧化铝陶瓷和硬质合金, 并且具有良好的自润滑性能. 所以, 可用于高PV值, 提高密封元件的使用寿命和工作可靠性, 特别是在强酸强碱的运输中.
碳化硅陶瓷广泛应用于防弹装甲, 例如在车辆和船舶的保护中, 以及保护民用保险箱和现金载体. 碳化硅陶瓷的弹道性能优于氧化铝陶瓷, 这是关于 70% -80% 碳化硼陶瓷的. 然而, 由于价格低廉, 特别适用于用量大，防护装甲不能太厚太重的场合.
有各种用于喷嘴的陶瓷材料, 常用的是氧化铝, 碳化硅, 和碳化硼陶瓷. 氧化铝陶瓷喷嘴价格低, 但由于其硬度低、耐磨性差, 多用于喷砂工作量不高的场合. 碳化硅陶瓷的使用寿命是 3-5 是氧化铝陶瓷的几倍, 相当于硬质合金. 常用作硬质合金的替代品, 特别是在手持式喷枪的工作条件下.
随着工业化的发展, 特别是ISO14000国际标准的实施, 对不利于环保的液体运输提出了更高的要求. 磁力泵采用静密封代替机械密封、填料密封等动密封, 导致更小的泄漏, 更高的可靠性, 和更长的使用寿命.
磁力泵免维护时间要求为八年, 这意味着它们必须在不拆卸的情况下连续运行八年. 所以, 对磁力泵元件的选材提出了极其严格的要求. 泵轴, 止推板, 轴套, 等等. 泵内必须耐磨损和腐蚀. 现在, 只有碳化硅陶瓷才是最适合满足以上条件的材料.
