碳化硅陶瓷燒結(jié)介紹
2024-07-10
碳化硅 (SiC) 具有優(yōu)異的熱性能,包括高熱導(dǎo)率、低熱膨脹和出色的抗熱沖擊性,使其適用于高溫應(yīng)用和溫度快速變化的環(huán)境。
熱導(dǎo)率: 碳化硅具有較高的熱導(dǎo)率,范圍為 120 至 270 W/mK。這一特性對于其在高溫環(huán)境中的使用至關(guān)重要,因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)高效的熱傳遞,降低過熱風(fēng)險(xiǎn)并提高材料的整體性能。SiC 的熱導(dǎo)率明顯高于普通鋼和鑄鐵,尤其是化學(xué)氣相沉積 (CVD) SiC,其熱導(dǎo)率至少可達(dá)到 150 W/mK。但需要注意的是,熱導(dǎo)率會隨著溫度升高而降低,在為特定應(yīng)用選擇 SiC 時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。
熱膨脹: SiC 的熱膨脹系數(shù)較低,為 4.0x10-6/°C。這種低系數(shù)意味著 SiC 在受到溫度變化時(shí)尺寸變化很小。這種特性有利于在熱應(yīng)力下保持組件的結(jié)構(gòu)完整性,從而降低開裂或其他形式損壞的可能性。
抗熱沖擊性: SiC 的抗熱沖擊能力是其最有價(jià)值的熱性能之一。抗熱沖擊性是指材料承受快速溫度變化而不發(fā)生損壞的能力。這在組件暴露于突然和極端溫度波動的應(yīng)用中尤為重要。SiC 的高導(dǎo)熱性和低熱膨脹性相結(jié)合,使其具有出色的抗熱沖擊性,使其適合在其他材料可能失效的環(huán)境中使用。
高溫強(qiáng)度和耐化學(xué)性: 碳化硅在高達(dá) 1.400?C 的溫度下仍能保持其機(jī)械強(qiáng)度,這比許多其他材料高得多。此外,它還具有很高的耐化學(xué)腐蝕性,這進(jìn)一步增強(qiáng)了其在高溫應(yīng)用中的適用性。這種耐化學(xué)反應(yīng)性確保 SiC 組件不會對其接觸的材料產(chǎn)生不利影響,使其成為半導(dǎo)體工藝設(shè)備、熱交換器和其他關(guān)鍵組件的理想選擇。
陶瓷的燒結(jié)有何特點(diǎn)?
陶瓷燒結(jié)的特點(diǎn)是陶瓷材料通過熱量和壓力進(jìn)行轉(zhuǎn)變,從而降低孔隙率、增加顆粒密度并增強(qiáng)強(qiáng)度和半透明度等性能。該過程涉及將陶瓷粉末顆粒加熱到低于其熔點(diǎn)的高溫來固結(jié),這會導(dǎo)致原子結(jié)合更緊密,從而降低表面能并導(dǎo)致致密化和改善機(jī)械性能。
1. 轉(zhuǎn)變和固結(jié): 燒結(jié)通過將陶瓷材料加熱到低于其熔點(diǎn)的溫度來轉(zhuǎn)變陶瓷材料。該過程使陶瓷粉末顆粒固結(jié),這意味著它們更緊密地結(jié)合在一起。固結(jié)是由隨著氣固界面減少而導(dǎo)致的表面能降低所驅(qū)動的。這種結(jié)合對于形成更致密、更堅(jiān)固的材料至關(guān)重要。
2. 降低孔隙率,增加密度: 燒結(jié)過程中,陶瓷材料內(nèi)的孔隙會減少或完全關(guān)閉??紫堵实慕档蛯?dǎo)致材料密度顯著增加。致密化過程對于改善陶瓷的機(jī)械性能至關(guān)重要,使其更耐用并能抵抗各種環(huán)境因素。
3. 增強(qiáng)機(jī)械性能: 燒結(jié)顯著增強(qiáng)了陶瓷的機(jī)械性能。該工藝不僅增加了材料的強(qiáng)度和硬度,還提高了其抗刮擦、抗極端溫度、防水和防污的能力。例如,氧化鋯是一種常見的燒結(jié)陶瓷,它從白堊狀材料轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N非常堅(jiān)硬、致密的物質(zhì),具有很強(qiáng)的耐磨性。
4. 收縮和材料變化: 燒結(jié)的一個顯著特征是材料收縮,對于氧化鋯來說,收縮率可能高達(dá) 25%。這種收縮發(fā)生在材料固結(jié)和致密化的過程中。此外,陶瓷的物理外觀和紋理可能會發(fā)生巨大變化;例如,氧化鋯從單斜晶態(tài)變?yōu)槎嗨姆骄B(tài),其外觀和紋理從白堊狀變?yōu)閳?jiān)硬致密的材料。
5. 使用熱量和壓力: 雖然熱量是燒結(jié)的主要因素,但也可以施加壓力來促進(jìn)燒結(jié)過程。這種組合對于實(shí)現(xiàn)陶瓷材料所需的性能至關(guān)重要。然而,無壓燒結(jié)也是可能的,特別是使用某些先進(jìn)的技術(shù)和材料。
總之,陶瓷燒結(jié)是一個關(guān)鍵過程,通過施加熱量和壓力將松散的粉末轉(zhuǎn)化為致密、堅(jiān)固且耐用的材料。該過程不僅改變了陶瓷的物理特性,還增強(qiáng)了其功能性和使用壽命。
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