碳化物材料.docx

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碳化物材料

第九章碳化物高温材料

第一节SiC陶瓷

一、SiC的基本性质

D=3.21,H=25,30GPa,λ=40-80W/mK,

热膨胀系数：

4.0-4.8×10-6/℃，电阻：

1.1-1.2×102Ω·cm

二、SiC烧结体的种类及性质

三、SiC原料的制备

1、二氧化硅-碳还原法（α-SiC）

SiO2+3C→SiC+2CO

SiO2+C→SiO+CO

SiO+C→Si+CO

Si+C→SiC

SiO+2C→SiC+CO

2金属硅、氧化硅的碳还原法（β-SiC）

Si+C→SiC

SiO+C→SiC+CO

SiO2+3C→SiC+2CO

3、气相反应法

7SiCl4+C7H8+l0H2→7SiC+28HC1

SiH4+CH4→SiC+4H2

4、有机硅聚合物热分解法

5、蒸发-凝结法

四、SiC的烧结

1、热压烧结

金属添加剂

氧化铝添加剂

B、C添加剂

1950℃、30min

70MPa压力、

Al2O3、AlN、Al、

BN、B4C、B、

BeO添加剂

2、常压烧结

3、反应烧结（自结合）SiC

Si+C→SiC

Si+C+气孔→β-SiC

C:

12g/mol,β-SiC:

40g/mol

SiC:

3.21g/cm3

40/3.21=12.46cm3

12/12.46=0.963g/cm3

4、化学气相沉积（CVD法）

5、再结晶

6、HIP及超高压烧结

五、碳化硅陶瓷材料的应用

碳化硅陶瓷的用途

工业领域

使用环境

用途

主要优点

石油工业

高温，高液压、

研磨

喷嘴、轴承、密封、阀片

耐磨

化学工业

强酸、强碱

密封、轴承、泵零件、热交换器

耐磨、耐蚀、气密性

高温氧化

气化管道、热电偶套管

耐高温腐蚀

汽车、拖拉机、飞机、火箭

发动机燃烧

燃烧器部件、涡轮增压器转子、燃气轮机叶片、火箭喷嘴

低摩擦、高强度、低惯性负荷、耐热震

汽车、拖拉机

发动机油

阀系列元件

低摩擦、耐磨

机械、矿业

研磨

喷砂嘴、内衬、泵零件

耐磨

造纸工业

纸浆废液、纸浆

密封、套管、轴承、吸箱盖、成形板

耐磨、耐蚀、低磨擦

热处理、炼钢

高温气体

热偶套管、辐射管、热交换器、燃烧元件

耐热、耐蚀、气密性

核工业

含硼高温水

密封、轴套

耐辐射

微电子工业

大功率散热

封装材料、基片

高导热、高绝缘

激光

大功率、高温

反射屏

高刚度、稳定性

其它

加工成型

拉丝、成型模、纺织导向

耐磨、耐蚀

第二节碳化钛（TiC）

1、碳化钛的性能与应用

2、碳化钛的合成

TiO2+3C→TiC+2CO

3、

碳化钛制品的制造

气相沉积：

TiCl4+2H2→Ti+4HClCH4→C+2H2Ti+C→TiC

第三节、碳化硼（B4C）

1、碳化硼的性质和用途

六方

2350℃,2.52g/cm3

碳化硼化合物的均相区

B4.0C-B10.5C

碳原子含量

8.8-20at%

B4C中的B10与中子反应：

B10+0n1→Li7+He4

2、碳化硼的合成

2B2O3+7C→B4C+6CO

4H3BO3+7C→B4C+6CO+6H2O

3、碳化硼制品的制造