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碳化硅陶瓷发展及应用
添加时间:2023-09-13
工业生产碳化硅陶瓷的方法是将石英、碳(煤焦)、木屑和食盐混合,在电炉中加热至2200-2500°C。碳化硅陶瓷与许多陶瓷的不同之处在于,它能在常温下导电,耐高温,是一种很好的发热元件。碳化硅制成的电加热棒称为碳化硅棒,可以在空气中承受1450°C的高温。优质重结晶制成的碳化硅棒甚至可以承受1600°C的高温,这比金属电热元件高得多(铂、铑等贵金属除外)。这是因为它会在高温空气中氧化形成致密层。氧化硅膜起到隔离空气的作用,大大减缓了内部碳化硅的进一步氧化,使其能够在高温下工作。采用热压工艺可制得接近理论密度值的高密度碳化硅陶瓷。即使在1400°C左右的高温下,其抗折强度仍能达到500—600M Pa。然而,其他陶瓷材料的强度在1200°C后会急剧下降。衰退因此,碳化硅是高温空气中强度最强的材料。
为了提高高温燃气涡轮发动机的效率,必须提高工作温度。解决这个问题的关键是找到能够承受高温的结构材料,尤其是发动机内部的叶片材料。碳化硅陶瓷具有足够的高温强度,具有良好的抗氧化性和抗热震性。这些优异的品质使其非常适合用作高温结构材料。它是一种用于在1200至1400°C工作的高温燃气涡轮发动机叶片的材料。许多科学家认为,它和氮化硅陶瓷是最有前途的候选材料。方特新材料生产高端微孔陶瓷吸盘多孔陶瓷。
碳化硅陶瓷的热导率仅次于氧化铍陶瓷。利用这一特性,可作为一种优良的换热器材料。太阳能发电设备中的热交换器通过太阳光的聚焦加热,其工作温度高达1000~1100°C。碳化硅陶瓷具有很高的热导率,非常适合作为这种热交换器的材料。从测试结果来看,碳化硅陶瓷热交换器工作状态良好。此外,碳化硅陶瓷还可用作原子反应堆核燃料的封装材料、火箭尾部喷管的喷嘴以及飞机飞行员的防弹用品。
此外,为了提高刀具的切削性能,刀具材料自20世纪以来经历了高速钢和硬质合金两个发展过程,目前正进入陶瓷刀具大发展阶段。新型陶瓷由于其耐高温和耐磨削性能,在20世纪初就引起了高速切削刀具行业的关注。陶瓷刀具具有高硬度和高耐磨性,是制造刀具的理想材料。目前制造陶瓷刀具的材料主要有氧化铝、氧化铝—碳化钛、氧化铝—氮化钛—碳化钛—碳化钨、氧化铝—碳化钨—铬、氮化硼和氮化硅等。用这类材料制成的刀具可在没有冷却液的情况下工作,与硬质合金相比具有切削速度快、寿命长等优点。目前,欧美国家已广泛采用陶瓷材料制造钻头、丝锥和滚刀。前苏联确定了7000多个品种的合金刀具,并在表面喷涂陶瓷涂层,以提高车刀的工作速度和使用寿命。
陶瓷除了用作切削工具外,由于其耐磨、耐腐蚀的特性,还可用作各种机器中的耐磨部件。如,在农用水泵、砂浆泵、带腐蚀性液体的化工泵、带粉尘的风机中,已采用特种陶瓷生产耐磨、耐腐蚀零件或密封圈,并取得了良好的实用效果。此外,高纯氧化铝(刚玉)可用于制作金属拉丝模具,特别是高温下的热拉丝,由此可见陶瓷的优越性。工业陶瓷球磨机筒体和钢球,用于金属表面除锈的喷砂喷嘴,喷洒农药的喷嘴等。简而言之,凡是需要耐磨性和耐腐蚀性的地方,几乎都能找到特种陶瓷。

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