中國粉體網訊  碳化硅陶瓷具有高硬度、高熔點、高耐磨性和耐腐蝕性，以及優良的抗氧化性、高溫強度、化學穩定性、抗熱震性、導熱性能和氣密性，具有廣泛的應用。

目前，碳化硅陶瓷的燒結方法主要有熱壓燒結、無壓燒結、反應燒結、重結晶燒結、微波燒結和放電等離子燒結法等。

熱壓燒結

熱壓燒結是把碳化硅粉末置于模具中，在加溫的同時施加20~50MPa的軸向壓力，這樣有助于增大顆粒之間的接觸、擴散和流動等過程，加快材料燒結過程中的重排和致密化。

碳化硅坯體熱（等靜）壓燒結工藝流程圖

熱壓燒結工藝簡單，制品的致密度高，可達理論密度的99%以上。由于熱壓燒結的溫度較低，從而抑制了晶粒的生長，所得燒結體晶粒較細，強度較高。但熱壓燒結設備復雜，模具材料要求高，生產工藝要求嚴格，只適合制備簡單形狀的零件，且能源消耗較大，生產效率低，生產成本高。

無壓燒結

碳化硅的無壓燒結工藝可分為固相燒結和液相燒結兩種。

固相燒結的主要缺點為：需要較高的燒結溫度（＞2000℃），對原材料的純度要求較高，并且燒結體斷裂韌性較低，有較強的裂紋強度敏感性，在結構上表現為晶粒粗大且均勻性差，斷裂模式為典型的穿晶斷裂。近年來，國內外對碳化硅陶瓷材料的研究多集中在液相燒結上。

固相燒結和液相燒結材料結構特點

液相燒結的實現是以一定數量的多元低共熔氧化物為燒結助劑，如Y2O3的二元、三元助劑都能使SiC及其復合材料呈現液相燒結，在較低溫度下實現材料致密化，同時由于晶界液相的引入和獨特的界面結合強度的弱化，陶瓷材料的斷裂方式轉變為沿晶斷裂模式，從而使陶瓷材料的斷裂韌性顯著提高。

反應燒結

反應燒結法制備碳化硅工藝是在碳化硅粉料中預混入適量含碳物質，利用高溫使碳與碳化硅粉料中殘余硅反應合成新的碳化硅，從而形成致密結構的碳化硅陶瓷。

碳化硅坯體反應燒結流程圖

反應燒結工藝具有燒結溫度低、燒結時間短，近凈尺寸成型等優點，是一種制備大尺寸，形狀復雜的碳化硅陶瓷制品的最有效的方法。但反應燒結容易出現燒結產品密度不均勻、燒結產品易開裂以及燒結過程中滲硅不充分等問題，且此燒結工藝對原料要求高，能耗大，生產成本大。

重結晶燒結

重結晶SiC陶瓷材料是不同粒徑的SiC顆粒以一定比列級配后成型為素坯，素坯中細顆粒可均勻分布于粗顆粒之間的孔隙中，然后在2100℃以上的高溫及一定流量的保護氣氛下，SiC細顆粒逐漸蒸發后在粗顆粒接觸點處凝聚淀析，直到細顆粒完全消失。這種蒸發-凝聚機理作用的結果，使得在顆粒的頸部形成新的晶界，從而造成細顆粒被遷移，形成大顆粒之間的連橋結構及具有一定氣孔率的燒結體。

這種陶瓷材料盡管存在明顯的頸部生長過程，但不產生收縮。結果產品的密度在燒結過程中基本無變化，所以其強度相對低一些。但其優點是陶瓷材料在燒結過程中不需要任何燒結助劑，燒結體為單一SiC晶相，材料的抗氧化性能極佳，同時，該燒結工藝能生產高精度尺寸、無變形的大型產品。

微波燒結

相對于傳統燒結工藝，微波燒結是利用微波電磁場中材料的介質損耗使材料整體加熱至燒結溫度而實現燒結和致密化。與常規燒結方式相比，微波燒結具有很多優點，如燒結溫度低、加熱速度快、獲得的材料致密性好等，同時微波燒結加速了材料的傳質過程，從而能獲得細晶粒材料。

放電等離子燒結

放電等離子燒結技術是制備塊體材料的一種全新的粉末冶金技術，它利用高能電火花在較低的溫度和較短的時間內完成試樣的燒結過程，可用于制備金屬材料、陶瓷材料和復合材料。燒結過程中，顆粒間的瞬間放電和高溫等離子體可以破碎或去除粉末顆粒表面雜質（如氧化膜等）和吸附的氣體，活化粉末顆粒表面，提高燒結質量和效率。

利用放電等離子燒結技術，對添加Al2O3和Y2O3助燒劑的SiC微粉進行快速燒結，可以得到致密的碳化硅陶瓷。

參考資料：

鄧明進.高性能反應燒結碳化硅陶瓷材料制備及其性能研究

葉常青、吳振偉等.碳化硅陶瓷材料的制備工藝和應用研究進展

郝斌.微波燒結碳化硅的制備

王靜、張玉軍等.無壓燒結碳化硅研究進展

張勇、何新波等.碳化硅陶瓷的放電等離子燒結

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