碳化硅很難燒結。其晶界能與表面能之比很高,同時碳化硅燒結時擴散速率很低,它表面的氧化膜也起擴散勢壘的作用。因此碳化硅需借助添加劑或壓力或滲硅反應才能獲得致密材料。綜合制造碳化硅陶瓷的成型技術主要有以下方法:
1、陶瓷結合碳化硅 碳化硅粉料的粗粒部分與粘土相結合,利用普通陶瓷方法成形,然后在1400℃左右溫度下燒成。燒過的粘土將碳化硅顆粒結合在一起,雖然顆粒僅是松結合,但對許多用途來說(如耐火材料、砂輪等)已足夠了。在n2氣氛下通空氣或不通空氣煅燒碳化硅顆粒和游離硅的混合物可以生產(chǎn)出具有提升了高溫強度的氨化硅結合或氮氧化硅結合碳化硅產(chǎn)品。
2、再結晶碳化硅 利用泥漿澆注法制成坯體密度很高的碳化硅成型件.坯體在隔絕空氣條件下用電爐于高達2500℃溫度下燒成,在2100℃以上溫度下產(chǎn)生蒸發(fā)和凝聚作用,形成無收編自結合結構。燒前和密度保持不變,在晶體之間形成固態(tài)碳化硅結合。這種r-碳化硅其碳化硅含量可達到 100%,密度可達2.6g/cm3,氣孔率約為20%。
3、反應燒結結合碳化硅 反應燒結 碳化硅又稱自結合 碳化硅,是由 碳化硅、c和含c結合劑按一定比冽混合制成坯體,坯體可以用一種常規(guī)陶瓷成型技術成型(如干壓、泥漿澆注、擠壓等),然后加熱到1650℃左右,并同時熔滲液態(tài)硅或氣相硅,并使之與元素碳發(fā)生反應將碳化硅顆粒結合起來。如果允許完全滲硅,那么可以獲得無孔密實體(si-碳化硅)。硅滲透也被用于填充再結晶碳化硅。滲透碳化硅中的游離si含量通常在10~15%之間。一種新的rb-碳化硅致密材料(全部碳化硅含量均在燒結反應中通過化學合成)正在發(fā)展中,這種材料先由致密細粒碳制成坯體,氣孔被液態(tài)硅填充并生成碳化硅。
4、無壓力燒結碳化硅 僅在70年代初期才使無壓力燒結碳化硅達到超過理論密度95%的密度成為可能,原料用亞微級的碳化硅粉料,同時加入多達2%的碳和硼。也可用al及其化合物或be及其化合物代替b及其化合物。這種方法是生產(chǎn)致密和復雜的純碳化硅制件的廉價方法。根據(jù)要求的形狀將粉料壓成坯體,燒結是在惰性氣氛中或真空中于2000℃左右溫度之間進行的。在燒結過程中發(fā)生碳化硅晶型轉化和晶粒生長,其程度取決于類型、燒結添加劑數(shù)量和燒結溫度。
5、熱壓燒結碳化硅 用hp法制成的致密碳化硅部件具有機械性能。在純碳化硅粉料中添加少量助燒結劑制成坯體,在一定的熱壓條件下使坯體達到致密燒結。這種方法需耗費大量的能源和模料,因此一般只用于生產(chǎn)簡單、形狀不復雜的小型件,制件通過機械加工生產(chǎn)。
6、一種新的hp法叫熱等靜壓法 通過在真空密封箱內將碳化硅粉料或碳化硅預制件熱壓到密度恰好等于理論密度且具有均勻的細粒顯微結構,就可以生產(chǎn)出高純碳化硅制品來。因為具有比hp法高20mpa的等靜壓,因而不需要助燒結劑。
將無壓力燒結碳化硅再進行熱壓燒結,使碳化硅型件的密度達到理論密度的百分之99以上。這種新工藝叫做“熱等靜壓燒結局的致密”。hp-碳化硅是目前獲得機械性能的是合適方法。