碳化硅陶瓷是從20世紀60年代開始發展起來的,之前碳化硅主要用于機械磨削材料和耐火材料。世界各國對先進陶瓷的產業化十分重視,現在已經不僅僅滿足于制備傳統碳化硅陶瓷,生產高技術陶瓷的企業發展更快,尤其是在發達國家。
碳化硅主要有四大應用領域,即功能陶瓷、高級耐火材料、磨料及冶金原料。
1.碳化硅陶瓷球
精密球是圓度儀、陀螺、軸承和精密測量中的重要元件,并常作為精密測量的基準,在精密設備和精密加工中具有十分重要的地位。精密球目前主要采用金屬材料,但存在耐磨損性能較差、受溫度影響變形較大等問題。而陶瓷球以其重量輕、硬度高、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、熱膨脹系數小等優點,已廣泛地應用于精密軸承等零部件中。
2.碳化硅磨料磨具
碳化硅的硬度很大,可制備成各種磨削用的砂輪、砂紙和磨料,主要用于機械加工行業。碳化硅的莫氏硬度為9.2~9.6,僅次于金剛石和碳化硼,是一種常用的磨料。
我國工業碳化硅主要作磨料用。碳化硅主要分為黑碳化硅和綠碳化硅兩種。黑碳化硅相對綠碳化硅硬度較低,用來磨硬度較低的材料,如鑄鐵和非金屬材料;綠碳化硅適合磨削硬質合金,光學玻璃、鈦合金之類的東西。還有一種立方碳化硅專用于微型軸承的超精磨。
3.碳化硅基復合材料
近年來,世界技術先進的國家在連續纖維增強陶瓷基復合材料(CFCCS)應用研究方面進行了大量工作,已開發和應用了多種耐高溫、高強度陶瓷纖維,如各種碳化硅纖維、碳纖維和氧化鋁纖維。其中碳化硅基復合材料(SiC-CMC)以其高韌性、高強度和優異的抗氧化性能等在宇航領域的高溫熱結構方面得到了廣泛的應用。
碳化硅增強SiC陶瓷復合材料還用于衛星反射鏡胚體的制備,美、德等國都有研究。
4.其他方面應用
碳化硅陶瓷是制造密封環的理想材料,它與石墨材料組合配對時,其摩擦系數比氧化鋁陶瓷和硬質合金小,具有良好的自潤滑性能。
碳化硅陶瓷廣泛用于防彈裝甲中,如車輛、艦船的防護以及民用保險柜、運鈔車的防護中。
用作噴嘴的陶瓷材料有多種,常用的是氧化鋁、碳化硅和碳化硼陶瓷等。
結語
上述的都是碳化硅陶瓷在傳統加工方面的應用,在擴展領域中的應用遠遠不止這些,在現代科技的應用前景十分廣泛。
碳化硅陶瓷也是半導體材料,隨著現代信息化的發展,Si器件已難以承受高溫環境,除此之外,碳化硅陶瓷具有擊穿場強高、熱導率大、禁帶寬度大、介電常數小等特性,所以其在光電器件、高溫電子器件和高頻大功率器件方面前景廣闊。
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