文档介绍：高技术陶瓷第一章结构陶瓷材料-碳化物陶瓷
裴立宅
材料科学与工程学院
Email: lzpei1977@, ******@ahut.
11/15/2017
1
安徽工业大学材料科学与工程学院
碳化物陶瓷
碳化物是一类高温结构陶瓷,通式为MexCy。
种类很多,大致可以分为金属碳化物和非金属碳化物两类。
按照晶体结构特点来分类,可分为:
简单结构:如TiC、VC、ZrC、WC、SiC、B4C等;
复杂结构:如Fe3C、Cr7C3、Cr3C6等,前者较为稳定,具有很高的熔点和硬度,因此研究和开发较为广泛。后者稳定性要差一些,熔点和硬度稍低,但它们一般钢铁中重要的强化相,并以各种杂相存在,如(Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)3C、(Fe,Cr)7C3、(Fe,W)6C、(Fe,Mo)6C等。
11/15/2017
2
安徽工业大学材料科学与工程学院
碳化物高温结构陶瓷通常是指:SiC、B4C、TiC、WC、ZrC、Cr3C2及其复合材料。
碳化物陶瓷的主要特性是具有高熔点,例如TiC的熔点为3460℃,WC为2720℃、ZrC为3540℃,几乎所有的碳化物陶瓷的熔点都很高。另外,许多碳化物陶瓷均具有较高的硬度,例如碳化硼是仅次于金刚石和立方氮化硼的最硬材料,,,。
碳化物陶瓷还具有良好的导电性和导热性以及化学稳定性。
几乎大多数碳化物陶瓷在常温下不与酸反应,个别金属碳化物陶瓷即使加热也不与酸起反应。
因此,碳化物陶瓷可以作为耐热材料、超硬材料、耐磨材料、耐腐蚀材料,它们在国民经济的许多领域中获得应用,是极为重要的陶瓷材料之一。
11/15/2017
3
安徽工业大学材料科学与工程学院
碳化硅陶瓷
碳化硼陶瓷
碳化钛陶瓷
11/15/2017
4
安徽工业大学材料科学与工程学院
碳化硅陶瓷
碳化硅(SiC)俗称金刚砂,又称碳硅石,自然界中很少(陨石和地壳中少量存在)。1890年,Edword和G. Acheson在碳中加硅作为催化剂想合成金刚石时,得到了碳化硅。
最初采用碳化硅的超硬性能,制备成磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料,广泛用于机械加工行业。
第二次大战中发现它可用于炼钢的还原剂以及加热元件,所以有了快速发展。
碳化硅具有高硬度、高强度、高温热稳定性、高热传导率、耐酸碱腐蚀性、低膨胀系数及抗热震性等优良性能。
1974年,美国科学家S. Prochazka首先成功采用亚微米级的β-SiC和少量B、C添加剂为原料,通过无压烧结工艺得到了致密的碳化硅陶瓷,从而使得碳化硅陶瓷开始工业化生产。
11/15/2017
5
安徽工业大学材料科学与工程学院
碳化硅结晶形态和晶体结构
11/15/2017
6
安徽工业大学材料科学与工程学院
合成温度低于2100℃时可获得β-SiC,,属于面心立方(fcc)闪锌矿型结构,空间群为F43m,单胞中分子数为4,晶格常数a=。
α-SiC是SiC的高温型,属于六方晶系,有近250种多型体,,其空间群为C6mc, a=,c轴随层数的不同而变化。
11/15/2017
7
安徽工业大学材料科学与工程学院
碳化硅的基本特性
SiC从1200℃开始由β-SiC向α-SiC转变,2400℃转变迅速,SiC没有熔点,在常压下约2830℃分解。
纯碳化硅无色透明,工业SiC由于含有游离铁、硅、碳等杂质呈浅绿色或黑色,加湿至600-700℃不褪色,金刚光泽,在紫外光照射下发黄和橙黄色光。
绿碳化硅
黑碳化硅
11/15/2017
8
安徽工业大学材料科学与工程学院
无色
所有金属及其化合物在高于某一特定温度后,其摩尔热容接近一个常数,
这一特定温度称为德拜特征温度。
11/15/2017
9
安徽工业大学材料科学与工程学院
碳化硅粉体的制备
这是最古老的制备方法,它是采用碳热还原过程将SiO2与C反应生成SiC:SiO2+3C=SiC+CO。
原料可用熔融石英砂或破碎过的石英、石墨、石油焦或无灰无烟煤、***化钠以及木屑作为添加剂,在2000-2400℃的电弧炉中反应合成。
(1) Acheson法
电弧炉
11/15/2017
10
安徽工业大学材料科学与工程学院