碳(tan)化(hua)硅(gui)陶(tao)瓷发展(zhan)及(ji)应用
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【概(gai)要(yao)描(miao)述(shu)】工业化生(sheng)产碳(tan)化硅的方法是将石(shi)英(ying)、碳(tan)素(煤(mei)焦(jiao))、木(mu)屑(xie)和(he)食盐混合,在电(dian)炉(lu)中(zhong)加热(re)到2200~2500℃下制(zhi)成。碳(tan)化硅(gui)陶(tao)瓷(ci)和许(xu)多(duo)陶(tao)瓷的(de)不(bu)同(tong)之处(chu),在(zai)于它在室(shi)温(wen)下(xia)既能导电(dian),又耐高(gao)温,是(shi)一种(zhong)很(hen)好的(de)发(fa)热元(yuan)件。
碳化硅(gui)陶瓷发(fa)展及(ji)应(ying)用
【概要描(miao)述(shu)】工(gong)业化(hua)生(sheng)产(chan)碳(tan)化(hua)硅(gui)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)将石(shi)英(ying)、碳(tan)素(煤焦(jiao))、木(mu)屑(xie)和食(shi)盐(yan)混合(he),在(zai)电炉(lu)中(zhong)加热到2200~2500℃下(xia)制成。碳(tan)化(hua)硅陶瓷和(he)许多陶(tao)瓷的(de)不(bu)同(tong)之处(chu),在于(yu)它(ta)在(zai)室(shi)温(wen)下(xia)既(ji)能(neng)导电,又耐高温(wen),是(shi)一(yi)种很好的(de)发(fa)热(re)元件(jian)。
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工业(ye)化生产(chan)碳(tan)化(hua)硅的方法是将石英、碳(tan)素(su)(煤(mei)焦)、木屑和(he)食(shi)盐混合(he),在(zai)电炉(lu)中加热到2200~2500℃下制(zhi)成。碳(tan)化硅陶瓷(ci)和(he)许多陶瓷的不(bu)同之处,在(zai)于它在室温下既(ji)能(neng)导电,又(you)耐高温,是一种(zhong)很好的发(fa)热(re)元(yuan)件。用碳化硅制(zhi)成的(de)电热棒叫(jiao)硅碳棒,在空气中(zhong)能(neng)经(jing)受(shou)1450℃的(de)高温;质量(liang)好(hao)的重结(jie)晶法(fa)制成的(de)硅碳(tan)棒(bang)甚至可耐1600℃的高(gao)温(wen),远(yuan)高(gao)于金属(shu)电热元件(jian)(除了(le)铂、铑等(deng)贵(gui)金属外),这是(shi)因为它(ta)在(zai)高温空气中会氧(yang)化(hua)生成一(yi)层(ceng)致(zhi)密的(de)氧化(hua)硅(gui)薄(bao)膜(mo),起到(dao)隔离空气的作用(yong),大大(da)减慢了(le)内(nei)层(ceng)碳化(hua)硅的进(jin)一步氧(yang)化,从(cong)而(er)使它能在(zai)高(gao)温(wen)下(xia)工作。用热(re)压(ya)工(gong)艺可(ke)以制(zhi)得(de)接近理论密度值(zhi)的(de)高致(zhi)密碳化硅(gui)陶(tao)瓷(ci),它的(de)抗弯(wan)强度(du)即使在(zai)1400℃左(zuo)右(you)的(de)高(gao)温下(xia)仍可(ke)达到(dao)500~600MPa,而其(qi)它陶瓷(ci)材料(liao)在1200℃以(yi)后(hou),强度(du)都会(hui)急剧(ju)下降。因此,碳化硅(gui)是(shi)在(zai)高温(wen)空(kong)气(qi)中(zhong)强(qiang)度最(zui)高(gao)的材料。
高温(wen)燃(ran)气涡(wo)轮发动(dong)机(ji)要提(ti)高效(xiao)率,就必(bi)须提(ti)高工(gong)作(zuo)温度,而解(jie)决问(wen)题的(de)关(guan)键是(shi)找(zhao)到能承(cheng)受(shou)高温的结(jie)构材(cai)料,特(te)别是发(fa)动(dong)机内(nei)部(bu)的(de)叶(ye)片(pian)材料。碳(tan)化(hua)硅陶(tao)瓷在高(gao)温(wen)下有足够(gou)的(de)强(qiang)度,且有良好(hao)的抗氧化(hua)能力(li)和抗(kang)热震性(xing),这(zhe)些优(you)良品质都使(shi)它(ta)极(ji)其适合作为高温(wen)结(jie)构(gou)材(cai)料(liao)使用。用于(yu)在(zai)1200~1400℃下工作的(de)高(gao)温燃(ran)气(qi)涡轮发动(dong)机叶片的材(cai)料(liao),许多科学家(jia)认为(wei)它(ta)和氮化硅陶(tao)瓷(ci)是(shi)最有希望(wang)的候(hou)选(xuan)材(cai)料(liao)。Fountyl方(fang)泰新(xin)材生(sheng)产高端(duan)微(wei)孔(kong)陶瓷(ci)吸(xi)盘(pan)porous ceramic。
碳化(hua)硅(gui)陶(tao)瓷的热传(chuan)导能力(li)仅(jin)次于氧(yang)化(hua)铍陶(tao)瓷(ci)。利用这(zhe)一特性(xing),可作(zuo)为(wei)优(you)良(liang)的(de)热交换器(qi)材料(liao)。太阳(yang)能发电设备(bei)中(zhong)被(bei)阳(yang)光聚焦加(jia)热的热(re)交换(huan)器(qi),其工(gong)作(zuo)温度(du)高(gao)达1000~1100℃,具(ju)有(you)高热(re)传导性的(de)碳(tan)化硅陶瓷很(hen)适(shi)合(he)做这(zhe)种热(re)交(jiao)换(huan)器(qi)的(de)材(cai)料(liao),从(cong)试(shi)验(yan)情(qing)况(kuang)来(lai)看(kan),碳(tan)化(hua)硅陶瓷热交换器的工(gong)作状态(tai)良(liang)好。此外(wai),在原(yuan)子能(neng)反应(ying)堆中(zhong)碳(tan)化硅(gui)陶瓷可用作核燃(ran)料的(de)包封(feng)材料(liao),还可(ke)作为(wei)火箭(jian)尾(wei)喷(pen)管(guan)的(de)喷(pen)嘴及飞机驾(jia)驶员(yuan)的(de)防(fang)弹(dan)用品(pin)。
此外,为(wei)了(le)提(ti)高(gao)切削刀(dao)具(ju)的(de)切(qie)削性(xing)能,20世纪以来(lai),刀(dao)具材料(liao)经过了高速钢和(he)硬(ying)质(zhi)合金(jin)两(liang)次(ci)发展过(guo)程,目(mu)前(qian)正(zheng)在进(jin)入陶瓷(ci)刀(dao)具大发(fa)展(zhan)的阶(jie)段(duan)。新(xin)型(xing)陶(tao)瓷(ci)以其(qi)耐高(gao)温、耐磨削(xue)的(de)特(te)点,已在(zai)20世纪初引起了(le)高(gao)速切削(xue)工(gong)具行(xing)业的(de)注意。陶(tao)瓷刀(dao)具具有高(gao)硬度、高(gao)耐磨性(xing),因(yin)此(ci)便成(cheng)为(wei)制造(zao)切削刀具(ju)的理(li)想材(cai)料(liao)。目前,制(zhi)造陶(tao)瓷切(qie)削刀具(ju)的(de)材(cai)料主(zhu)要有(you)氧化铝(lv)、氧(yang)化铝(lv)-碳化钛、氧(yang)化(hua)铝(lv)-氮化(hua)钛(tai)-碳(tan)化(hua)钛(tai)-碳(tan)化(hua)钨(wu)、氧化(hua)铝-碳(tan)化钨-铬(ge)、氮化(hua)硼(peng)和氮化(hua)硅(gui)等。以(yi)这类(lei)材料(liao)制作(zuo)的刀(dao)具(ju)没有冷却液(ye)也可(ke)以工作,比起硬(ying)质合金(jin)来具有切(qie)削(xue)速(su)度高、寿(shou)命长等(deng)优(you)点。目前,欧美各国(guo)都已(yi)广(guang)泛使(shi)用(yong)陶(tao)瓷材料(liao)做钻头(tou)、丝锥和(he)滚刀(dao);原(yuan)苏联(lian)确定了(le)7000多(duo)个品种(zhong)的合金(jin)刀具,用喷涂表面陶瓷(ci)涂(tu)层(ceng)的办(ban)法来提高(gao)车(che)刀(dao)的(de)工(gong)作速(su)度(du)和使(shi)用(yong)寿命(ming)。
陶瓷(ci)除(chu)作切(qie)削刀具外,利用其耐磨、耐腐(fu)蚀的特(te)性(xing)还(hai)可用(yong)作各(ge)种(zhong)机(ji)械(xie)上的(de)耐(nai)磨(mo)部(bu)件(jian)。如(ru)用(yong)特种陶(tao)瓷(ci)制(zhi)作(zuo)农(nong)用(yong)水(shui)泵、砂浆(jiang)泵(beng)、带(dai)腐(fu)蚀性(xing)液体的化工泵及有(you)粉(fen)尘的风机中的(de)耐(nai)磨、耐(nai)腐蚀(shi)件(jian)或密封圈(quan)等都已取(qu)得良(liang)好的(de)实(shi)用效果。此外(wai),高(gao)纯氧化铝(刚(gang)玉(yu))可(ke)制(zhi)作(zuo)金(jin)属拉(la)丝模,尤其(qi)在(zai)高(gao)温(wen)下(xia)的(de)热拉(la)丝更(geng)显(xian)示出陶瓷的优(you)越性;工业(ye)陶瓷(ci)中(zhong)纳球(qiu)磨(mo)筒和(he)磨(mo)球,金(jin)属表(biao)面除锈用(yong)的喷砂嘴,喷洒农药(yao)用的喷(pen)头等。总(zong)之,凡(fan)是需要(yao)耐(nai)磨(mo)、耐(nai)腐蚀的场(chang)合(he),几乎(hu)都会(hui)看到特(te)种(zhong)陶瓷的存在。
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