全國服務熱線:400—696—7879
銷售熱線:400—696—7879
總機:021-5109 5297
直線:021-5109 5287
傳真:021-5109 5281
地址:上海市嘉定區嘉松北路7301號
一、熱壓燒結法
熱壓燒結法是指以幾乎純的碳化硼為原料,在高溫燒結過程中加載幾十兆帕的高壓,促進碳化硼燒結致密化的方法。它之所以成為現在碳化硼陶瓷制備的主流方式,是因為在高溫的壓力作用下,它能將壓力的作用和表面能一起作為燒結的驅動力,促使顆粒發生重排和產生塑性流動,導致晶界滑移和應變誘導孿晶、蠕變及體積擴散,因此可以降低燒結溫度、提高致密度。
通過熱壓燒結法制備的碳化硼陶瓷能夠在不添加燒結助劑或成型助劑的條件下,就能具有晶粒小、力學和電學性質好、燒結致密度高等特點,總之機械性能優勢突出。實驗表明,在2150℃下熱壓燒結10min,碳化硼陶瓷的相對密度達到91.6%,室溫楊氏模量292.5GPa,室溫泊松比0.16,在0~1000℃內,溫度與線膨脹系數成正比,而導熱系數降低。
目前熱壓燒結法已用于生產高精尖的碳化硼陶瓷制品,如噴嘴、防彈陶瓷、密封材料、核輻射防護用具等。但熱壓燒結同時也存在許多缺陷,如過程十分復雜,故控制過程的難度也很大;自動化程度低,燒成溫度高,產品結構簡單,單爐產能低,難以規?;a,是綜合成本最高的一種燒結方式。而且所制產品的所有表面都固結一層石墨紙,需要較大余量的磨加工,尤其對于一些小尺寸、多面體、曲面等形狀的產品,磨加工成本極高,這些都會限制碳化硼材料的應用范圍。
二、無壓燒結法
由于燒結過程簡單,易于控制,且生產成本低,無壓燒結(又稱常壓燒結)在碳化硼材料生產中也占有重要的一席之地,能在實際生產中對產品進行量產。但無壓燒結的缺陷前面也提過,純碳化硼粉體很難實現致密化。研究證明,要提高致密度就需要含氧量足夠低的超細碳化硼粉體(≤3μm)和大于2350℃的溫度。
通過一系列的實驗,得出了部分無壓燒結碳化硼燒結溫度及其致密度的對應關系,使用普通粒度的碳化硼粉末,燒成范圍控制在2250~2300℃內,制品的致密化程度在80%~87%;燒結溫度控制在2450℃,制品的燒結致密度可以達到90%;使用超細粉末,溫度控制在2300℃,制品致密度可以達到99.5%。但采用超細粉末、超高溫度無壓燒結的碳化硼制品生產成本也相對較高,對燒結設備要求也較高,因此也會制約了碳化硼材料的應用與發展。
為了降低無壓燒結碳化硼的成本及拓寬其應用范圍,隨著對碳化硼燒結助劑深入研究,業界發現可通過添加一種或幾種燒結助劑,來提高碳化硅的點缺陷或位錯密度來以提高晶界和體積擴散的活化作用,從而在稍低的溫度下(2000-2200℃)獲得較高密度(90-95%),同時碳化硼材料抗彎強度和斷裂韌性低、耐沖擊性差的缺點也得到了一定程度的彌補。
燒結助劑的種類繁多,主要有以下幾類:Y2O3、TiO2、Al2O3、Fe2O3等氧化物;Al、Cu、Fe、Si等金屬單質;C、TiC、SiC等碳或碳化物;TiB2、CrB2等硼化物。研究表明,以Al、Si分別作為燒結助劑,在2050℃、常壓燒結180min下對碳化硼粉末進行燒結,得到的復相陶瓷相對密度大于93%,其中含Al碳化硼陶瓷抗彎強度298MPa,含Si碳化硼陶瓷抗彎強度344MPa;添加TiB2可得到相對密度高且燒結溫度低的復合材料,;而要得到力學性能最好的復合材料,最優添加劑是TiC。