超细碳化硅粉体的加工及应用

时间：2017-01-13 作者：91再生 来源：91再生网

　　碳化硅又称碳硅石。在C、N、B等非氧化物的高技术耐火原料中，碳化硅是应用最广泛、最经济的一种，可以称其为金钢砂或耐火砂。碳化硅在大自然也存在罕见的矿物——莫桑石。

 

　　结晶形态：碳化硅至少有70种结晶型态，α-碳化硅是最常见的一种同质异构体，在2000℃以上的温度下形成，属于六角晶系结构。

 

　　常用品种：黑碳化硅和绿碳化硅两类，都属于α-SiC。碳化硅的化学性能稳定、其导热系数可达到90W/mK，导热系数高，热膨胀系数小、耐磨性能好，是一种优秀的非金属粉体。

 

　　但它也有明显的缺点：合成过程中产生的碳及碳化硅废料难以去除，导致产品纯度较低；电导率高，不适合电子用胶；密度大，在有机硅类胶中易沉淀分层，影响产品应用。

 

　　（a）碳化硅粉体（b）碳化硅的晶格结构

 

　　一、超细碳化硅粉体的加工方法

 

　　超细碳化硅粉体性能优于传统的碳化硅粉体，能够达到高新技术领域的严格要求，具有更为广泛的用途。近年来，在高新技术领域发展起来的超细碳化硅粉体加工的方法，主要归为三种：固相法、液相法和气相法。

 

　　固相法主要包括以下几种：碳热还原法、Si与C直接反应法（包括高温自蔓延合成法和机械合金化法）。

 

　　液相法主要包括以下几种：溶胶—凝胶法、碳化硅废料热分解法和溶剂热法。

 

　　气相法主要包括以下几种：化学气相沉积法（CVD）、等离子体法、激光诱导气相法。

 

　　在本文中，主要给大家介绍一下溶剂热法加工超细碳化硅粉体的一些基本知识。

 

　　经过近几十年的发展，在温和条件下加工碳化硅材料的有效手段之一溶剂热法已经越来越成熟。

 

　　溶剂热法就是：在特制的反应釜中，反应体系被局限在一个密闭的有限空间内，通过外界加热、自身反应的放热及反应釜中产生的高压，使得体系有利于产物形核生长，从而在温和条件下使得所需产物结晶。

 

　　下面我们来简单了解一下利用溶剂热法加工碳化硅废料的过程：

 

　　反应过程中发生的化学反应为：

 

　　优点明显：溶剂热法节约成本，一步操作，简单易上手，较易实现大规模生产。而且，利用溶剂热法加工的产物形貌均匀，而且反应相对彻底，产率较高。我们可以通过调节反应物的浓度、酸碱度、温度等参数对产物的形貌和粒度进行控制，容易加工出符合我们需求的产物。

 

　　二、超细碳化硅粉体的应用

 

　　随着超细碳化硅粉体加工技术的愈发成熟，超细碳化硅粉体的应用范围也越来越广泛。

 

　　磨料

 

　　由于碳化硅具有很高的硬度、化学稳定性和良好的韧性，其硬度仅次于金刚石，所以是一种应用广泛的磨料，常用来制造砂轮、涂附磨具等，也可以直接用来自由研磨，主要用来研磨碳化硅废料、陶瓷等非金属材料。碳化硅具有较强的耐磨性能，是加工耐磨管道、叶轮等的理想材料，其使用寿命是铸铁、橡胶等材料的5~20倍，也是用来制作飞行跑道的理想材料之一。超细碳化硅粉体的应用，使得相应的产品性能也得到了较大的提升。

 

　　特种陶瓷

 

　　超细碳化硅粉体的加工越来越方便，使得碳化硅废料的发展也更加迅速。碳化硅废料的耐磨性、耐高温性和耐腐蚀性等性能比较突出，它被广泛应用在宇航、机械、化工等工业领域。

 

　　耐火材料和耐腐蚀材料

 

　　由于碳化硅具有耐高温，强度大，导热性能良好，抗冲击等性能，可以将其加工成耐火材料，用作高温间接加热材料，应用在冶金耐高温材料中。如热电偶保护管等。目前，我国生产的碳化硅耐火材料主要包括磨具、陶瓷制品烧成窑炉中用的棚板及碳化硅废料等。

 

　　电工用途

 

　　碳化硅主要是被当做加热元件、电阻、二极管、晶体管和热敏器件应用在在电工方面。碳化硅加热元件常见的是硅碳棒，它适用于制作成工作温度在1100~1600℃的各种电炉。