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        無壓燒結碳化硅產品的應用及發展前景

        來源:新東方科技  發布時間:2015-09-13 10:23:17 

            隨著科學技術的發展,特別是能源、空間技術的發展,經常要求材料必須具有耐高溫、抗腐蝕、耐磨損等優越性,才能在比較苛刻的工作環境中使用。由于無壓燒結碳化硅陶瓷瓷材料具有抗氧化性、耐磨性能好、耐高溫、熱穩定性好、高溫強度大、熱膨脹系數小、熱導率大以及抗熱震和耐化學腐蝕等優良特性,已成為尖端科學領域的重要組成部分。
            碳化硅陶瓷是近二十幾年才開始發展的新材料,尤其是無壓燒結碳化硅陶瓷是八、九年才開始起步發展的新型的先進陶瓷。由于其具有特別優良的高強度、高硬度(僅次于金剛石的硬度)、耐腐蝕、耐高溫性能,很快得到了開發應用,大量應用于石油化工、冶金機械、航空航天、微電子、汽車、鋼鐵、發電等領域,并日益顯示出了其他特種陶瓷所無法比擬的優勢。
            主要性能和應用
            碳化硅的結構
            碳化硅是一種人造材料,只是人工合成碳化硅之后,才證實隕石中及地殼上偶然存在碳化硅,碳化硅的分子式SIC,分子量為40.07,質量百分組成為70.045的硅與29.955的碳,碳化硅的理論密度為3.16-3.21g/m3
            SIC是以共價鍵為主的共價化合物,由于碳和硅兩元素在形成SIC晶體時,它的基本單元是四面體,所有SIC均有SIC四面體堆積而成,所不同的只是平行結合和反平行結合,從而形成具有金剛石的SIC。SIC具有75種變體,如3C-SIC、4H-SIC、15R-SIC、等,其中α-SIC、β-SIC最為常見。β-SIC的晶體結構為立方晶體,SI和C分別組成面心立方晶格;α-SIC存在著4H、15R和6H等100余種多形體,其中,6H多形體為工業應用上最為普遍的一種。在SIC多形體之間存在著一定的熱穩定關系,在溫度低于1600℃時,SIC以β-SIC形式存在。當高于1600℃時,β-SIC緩慢轉化成α-SIC的各種多形體。4H-SIC在2000℃左右容易生成;15R和6H多形體均需2100℃以上高溫才易生成;對于6H-SIC,即使溫度超過2200℃,也是非常穩定的。SIC中的各種多形體之間的自由能相差很小,因此,微量雜質的固溶也會引起多形體之間的熱穩定關系變化。
            碳化硅的化學性質
            SIC的化學穩定性與其氧化特性有密切關系,SIC本身很容易氧化,但它氧化后形成了一層SIO2薄膜,氧化進程逐步被阻礙。在空氣中,SIC于800℃時就開始氧化,但很緩慢;隨著溫度的升高,則氧化速度急劇加快。它的氧化速率在氧氣中比在空氣中快1.6倍;氧化速率隨著時間的推移而減慢。
            水蒸氣與SIC在高溫下反應相當強烈,與1100℃以上時,視情況不同,可以生成硅、碳或SIO2,在1000℃左右時,SIC能與H2S等含硫化合物生成棕色的硫化硅。
        SIC陶瓷的有異性能與其獨特地結構密切相關,SIC是共價鍵很強的化合物,SIC中SI-C鍵的離子性僅12%左右。因此,它的強度高、彈性模量大、具有優良的耐磨損性能。純SIC不會被HCL、HNO3、H2SO4和HF等酸溶液以及NaOH等堿溶液侵蝕。
            應用方面
            SIC用于高PV值機械密封
            PV值是指密封流體壓力P與密封端平均滑動速度V的乘積,表示機械密封使用的極限值。
            1、 高流體壓力
            SIC材料是一種強度和剛度很高的材料,其彈性模量很高,在高壓下不易產生變形。同時,碳化硅抗壓強度很高。SIC的抗黏著磨損能力很強,作為高壓密封材料是非常有利的。
            2、 用于高溫機械密封
            SIC具有很高的高溫強度,在1400℃時的抗彎強度與常溫時的抗彎強度值相同。
            3、 高轉速
            在高轉速下的機械密封,因線速度高,摩擦副的發熱磨損和振動將是主要問題。無壓燒結碳化硅完全可以滿足高速度機械密封要求。
            4、 用于腐蝕介質工況的機械密封
             無壓燒結碳化硅是單一結構,不含游離硅和游離碳,耐腐蝕性很強,具有良好的化學穩定性,可以用于各種腐蝕性很強的酸堿介質中使用。
            5、 用于含固體顆粒介質的機械密封
        工業生產中的許多密封流體中含有固體顆粒,極易沉積在密封表面。這些顆粒不僅引起密封端面嚴重的顆粒磨損,而且使密封面局部發熱而引起熱烈。SIC不僅硬度高、耐磨損和抗熱震,而且其應急運轉特性也很優越,因此采用碳化硅自身配對的硬質密封副在含顆粒介質中應用潛力很大。
            6、 現代的核聚變應用里面的輸送液態重金屬管道方面本公司正在和合肥核能安全研究員開發研究。
        7、 在原碳化硅陶瓷里面添加適量的碳纖維,增加碳化硅陶瓷的韌性,用于碳化硅陶瓷生產機械、化工領域的化工泵泵軸,本公司已經申請國家發明專利,并已受理,等待公示授權。

         

                           

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