烧结碳化硅及其应用

碳化硅因其优异的性能在工业中有着广泛的应用。这些特性包括耐腐蚀、抗氧化和抗热冲击。

反应结合碳化硅是通过烧结工艺将液态硅渗入多孔的碳化硅绿色体并在压力下进行灌注而制成的。最终材料的断裂韧性较低。

高强度

碳化硅陶瓷以其极其坚硬的表面著称，具有出色的耐磨、耐腐蚀和耐热性能。此外，这种材料还具有出色的抗氧化性能、较强的高温强度、化学稳定性和机械硬度。

硅胶密封件有各种标准尺寸和几何形状，适用于加工设备应用，具有出色的耐磨性，可减少与泵密封件中配合部件的摩擦。

烧结碳化硅的抗侵蚀性和耐磨性可通过应用碳化硼或碳化钨得到进一步提高，尽管原材料和制造成本略高，但这些特殊等级的碳化硅在高温下可提供更好的材料力学性能。

反应结合或无压烧结碳化硅陶瓷可产生不同的微观结构，所选择的成型方法决定了其最终结果。与无压烧结碳化硅相比，反应结合碳化硅的加工温度更低、成型能力更强、成本更低；但与无压烧结碳化硅相比，反应结合碳化硅的高温强度和抗弯强度较差；因此，反应结合碳化硅更适合对陶瓷材料性能要求不高的应用。

高耐腐蚀性

碳化硅陶瓷是所有陶瓷中耐腐蚀性能最高的陶瓷之一，由于其卓越的硬度、强度、导热性和耐磨性，甚至可以承受严酷的化学环境。此外，碳化硅还具有出色的抗氧化性和耐磨性。

烧结碳化硅（SSiC）是通过将细粒碳化硅粉末与非氧化物烧结助剂压制和烧结（加热）成糊状混合物而制成的，然后可根据应用需要将其压实或成型，或通过模具挤压成烧结碳化硅管。

反应烧结涉及在低共晶温度下混合多元素共晶氧化物（如 Y2O3-Al2O3），以形成液相，促进 SiC 粒子在致密化过程中的移动、扩散和传质，从而形成具有精确尺寸的烧结陶瓷产品；但反应烧结也有缺点，如昂贵的原材料消耗和能源成本，以及致密化过程中的腐蚀行为，这些都必须仔细管理，以实现 SiC 陶瓷的最佳性能。

耐高温

碳化硅可以耐高温，因此是用于窑炉等化学加工设备的绝佳材料。此外，碳化硅还具有耐化学腐蚀性能，因此可以承受高达 1,900 摄氏度的高温，同时还具有极高的机械硬度。

反应结合碳化硅陶瓷是使用多孔碳原料与熔融硅结合，并通过干压、铸造和挤压等方法成型的。它们通常用于复合装甲系统，以应对弹道威胁。

无压烧结碳化硅（PSiC）是一种先进的材料，在强度、硬度、导热性以及抗腐蚀、抗氧化和抗弯曲等方面都具有优异的性能，是喷嘴、密封件和耐磨环等部件的理想材料。

为提高 PSiC 的烧结效率，可通过添加一种或多种多元素共晶氧化物（如 Y2O3-Al2O3）来形成液相，这些氧化物共晶点低，可促进 SiC 颗粒的移动、扩散和重新排列，从而使产品致密化。因此，生产出的碳化硅陶瓷具有优异的抗弯强度和耐温性能。

高温强度

烧结碳化硅具有在高温下保持相对稳定的高强度，是许多应用领域的理想材料选择。此外，烧结碳化硅还具有耐化学腐蚀性，因此适用于多种工业环境。

另一方面，反应结合碳化硅（RBSiC）是通过将熔融硅渗入多孔碳或石墨预型件，并在其结构之间形成多孔区域而形成的。RBSiC 的强度和硬度低于 SSiC，但耐化学性和抗热震性更强。

烧结法可以生产出具有精确尺寸和密度的陶瓷产品，但也有其缺点：烧结温度过高会导致致密化过程中的收缩；此外，这种工艺还会在材料中产生裂缝，导致化学成分或密度不均匀，在暴露于氧化或腐蚀性环境中时可能会影响性能。因此，大多数研究人员选择了更环保的液相烧结法。

机械硬度高

碳化硅是地球上最坚硬的材料之一，也是强度最高的材料之一。这种组合使其具有耐腐蚀、耐磨损和抗热震性，同时在与多种不同的配合材料使用时，具有良好的耐磨性和较低的滑动摩擦力。

烧结碳化硅陶瓷通过在碳化硅颗粒之间形成强大的烧结键而获得高强度。无压烧结或热等静压碳化硅可生产出几乎没有气孔的产品，从而进一步提高陶瓷产品的机械性能。

与 HPSIC 或 HIPSIC 相比，反应结合碳化硅（RSIC）具有更多的开放孔隙和更粗的晶粒结构，这降低了其抗弯强度，使其不太适合高温应用。

直接烧结碳化硅的晶粒比 RSIC 更细，因此具有更强的抗氧化性，因此价格比同类产品高，但具有出色的耐磨、耐热和高温强度性能，非常适合泵密封或其他要求苛刻的高温应用。直接烧结碳化硅通常被指定用于需要出色高温强度和高温强度性能的泵密封应用。