在航空领域的应用:碳化硅制作成碳化硅纤维,碳化硅纤维主要用作耐高温材料和增强材料,耐高温材料包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等。用做增强材料时,常与碳纤维或玻璃纤维合用,以增强金属和陶瓷为主,如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等,还可用做体育用品,其短切纤维则可用做高温炉材等。
常用的碳化硅磨料有两种不同的晶体,一种是绿碳化硅,含SiC?97%以上,主要用于磨硬质含金工具。另一种是黑碳化硅,有金属光泽,含SiC?95%以上,强度比绿碳化硅大,但硬度较低,主要用于磨铸铁和非金属材料。在陨石和地壳中虽有少量碳化硅存在,但迄今尚未找到可供开采的矿源。
工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同,而呈浅黄、绿、蓝乃至黑色,透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱面体的?α-SiC和立方体的β-SiC。α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体,已发现70余种。β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。
碳化硅的工业制法是用石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块,经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种,其韧性高于绿碳化硅,大多用于加工抗张强度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属。
碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种,都属α-SiC。①黑碳化硅含SiC约95%,其韧性高于绿碳化硅,大多用于加工抗张强度低的材料,如玻璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。绿碳化硅含SiC约97%以上,自锐性好,大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃,也用于珩磨汽缸套和精磨高速具。
利用碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性,碳化硅一方面可用于各种冶炼炉衬、高温炉窑构件、碳化硅板、衬板、支撑件、匣钵、碳化硅坩埚等。另一方面可用于有色金属冶炼工业的高温间接加热材料,如竖罐蒸馏炉、精馏炉塔盘、铝电解槽、铜熔化炉内衬、炉用弧型板、热电偶保护管等;用于制作耐磨、耐蚀、耐高温等碳化硅陶瓷材料;还可以制做火箭喷管、燃气轮机叶片等。
碳化硅的制造过程通常包括以下步骤:
获得碳化硅原料:通常使用高纯度的二氧化硅和碳化物粉末(如石墨粉末)作为原料。
制备碳化硅涂料:将碳化硅粉末加入溶剂中,通过搅拌和筛选等工艺制成碳化硅涂料。
涂布:将碳化硅涂料涂布在模具或硅片上,并干燥。
烧结:将涂覆好的模具或硅片放入烧结炉中,通过高温烧结,使碳化硅颗粒结合成坚硬的晶体。烧结温度一般在2000℃以上,烧结时间根据坯体大小和厚度而定。
加工:烧结后的碳化硅坯体需要进行加工,常用的加工方法有磨削、切割、钻孔等。由于碳化硅硬度高,加工难度较大,需要使用高精度的加工设备。
需要注意的是,由于碳化硅的性质特殊,加工难度较大,操作时需要采取相应的措施,如选择合适的加工工具、环境条件等,以避免碳化硅器件出现裂纹、变形等问题。
以上是碳化硅制造过程的基本步骤,具体操作还需根据产品类型和性能要求进行调整和优化。
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