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碳化硅(SiC),又稱金剛砂。1891年美國人艾契遜(Acheson)發(fā)明了碳化硅的工業(yè)制造方法。碳化硅是用天然硅石、碳、木屑、工業(yè)鹽作基本合成原料,在電阻爐中加熱反應(yīng)合成。其中加入木屑是為了使塊狀混合物在高溫下形成多孔性,便于反應(yīng)產(chǎn)生的大量氣體及揮發(fā)物從中排除,避免發(fā)生,因為合成IT碳化硅,將會生產(chǎn)約1.4t的(CO)。工業(yè)鹽(NaCl)的作用是便于除去料中存在的氧化鋁、氧化鐵等雜質(zhì)。
硅化可在普通大氣壓的碳管爐內(nèi)進(jìn)行,硅化溫度必須大于2000℃。如果在66.65MPa的真空爐中進(jìn)行,則硅化溫度可降到1500~1600℃。產(chǎn)生硅蒸氣所用的硅粉顆粒尺寸為0.991~4.699mm。在大氣壓力下硅化時,硅粉可裝在石墨坩堝里。在真空下硅化時,則應(yīng)裝在氮化硼(BN)坩堝里,因為此時硅會滲入石墨中并作用形成碳化硅而使石墨坩堝,而氮化硼與硅不潤濕。硅化所需的時間依據(jù)硅化的溫度及在該溫度下的硅的揮發(fā)量的不同而變化。在硅化完成后,坩堝內(nèi)通常不應(yīng)該再有硅殘留而都蒸發(fā)了。由于蒸發(fā)而附著在制品表面上的硅可用熱的處理除去。自結(jié)合碳化硅制品的強(qiáng)度為一般碳化硅制品的7~10倍,且能力提高了。
除了用燒結(jié)法制造碳化硅制品以外,自從發(fā)明了熱壓燒結(jié)技術(shù)以后,碳化硅制品也可以用熱壓法制造,并且可以獲得更優(yōu)良的燒結(jié)性能。熱壓工藝是把坯料的成型和燒成結(jié)合為一個過程,即坯料在高溫同時又在壓力下一次成型并燒結(jié)。這種方法在冶金工業(yè)中用于粉末冶金已有數(shù)十年的歷史,在特種耐火材料工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用。采用熱壓成型燒結(jié),可以縮短制造時間,降結(jié)溫度,改善制品的顯微結(jié)構(gòu),增加制品的致密度,提高材料的性能。選擇適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和坯料粒度等熱壓工藝條件,就可達(dá)到優(yōu)良的熱壓效果。熱壓工藝對難熔化合物的制造特別有用。熱壓用的模具因為既要經(jīng)受1000℃以上的高溫,并且還要在高溫下承受數(shù)kN的壓力,因此,對制造難熔化合物制品一般均用高強(qiáng)度石墨作模具。