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碳化硅陶瓷發展及應用
添加時間:2023-09-13
工業生產碳化硅陶瓷的方法是將石英、碳(煤焦)、木屑和食鹽混合,在電爐中加熱至2200-2500°C。碳化硅陶瓷與許多陶瓷的不同之處在于,它能在常溫下導電,耐高溫,是一種很好的發熱元件。碳化硅制成的電加熱棒稱為碳化硅棒,可以在空氣中承受1450°C的高溫。優質重結晶制成的碳化硅棒甚至可以承受1600°C的高溫,這比金屬電熱元件高得多(鉑、銠等貴金屬除外)。這是因為它會在高溫空氣中氧化形成致密層。氧化硅膜起到隔離空氣的作用,大大減緩了內部碳化硅的進一步氧化,使其能夠在高溫下工作。采用熱壓工藝可制得接近理論密度值的高密度碳化硅陶瓷。即使在1400°C左右的高溫下,其抗折強度仍能達到500—600M Pa。然而,其他陶瓷材料的強度在1200°C后會急劇下降。衰退因此,碳化硅是高溫空氣中強度最強的材料。
為了提高高溫燃氣渦輪發動機的效率,必須提高工作溫度。解決這個問題的關鍵是找到能夠承受高溫的結構材料,尤其是發動機內部的葉片材料。碳化硅陶瓷具有足夠的高溫強度,具有良好的抗氧化性和抗熱震性。這些優異的品質使其非常適合用作高溫結構材料。它是一種用于在1200至1400°C工作的高溫燃氣渦輪發動機葉片的材料。許多科學家認為,它和氮化硅陶瓷是最有前途的候選材料。方特新材料生產高端微孔陶瓷吸盤多孔陶瓷。
碳化硅陶瓷的熱導率僅次于氧化鈹陶瓷。利用這一特性,可作為一種優良的換熱器材料。太陽能發電設備中的熱交換器通過太陽光的聚焦加熱,其工作溫度高達1000~1100°C。碳化硅陶瓷具有很高的熱導率,非常適合作為這種熱交換器的材料。從測試結果來看,碳化硅陶瓷熱交換器工作狀態良好。此外,碳化硅陶瓷還可用作原子反應堆核燃料的封裝材料、火箭尾部噴管的噴嘴以及飛機飛行員的防彈用品。
此外,為了提高刀具的切削性能,刀具材料自20世紀以來經歷了高速鋼和硬質合金兩個發展過程,目前正進入陶瓷刀具大發展階段。新型陶瓷由于其耐高溫和耐磨削性能,在20世紀初就引起了高速切削刀具行業的關注。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鋁、氧化鋁—碳化鈦、氧化鋁—氮化鈦—碳化鈦—碳化鎢、氧化鋁—碳化鎢—鉻、氮化硼和氮化硅等。用這類材料制成的刀具可在沒有冷卻液的情況下工作,與硬質合金相比具有切削速度快、壽命長等優點。目前,歐美國家已廣泛采用陶瓷材料制造鉆頭、絲錐和滾刀。前蘇聯確定了7000多個品種的合金刀具,并在表面噴涂陶瓷涂層,以提高車刀的工作速度和使用壽命。
陶瓷除了用作切削工具外,由于其耐磨、耐腐蝕的特性,還可用作各種機器中的耐磨部件。如,在農用水泵、砂漿泵、帶腐蝕性液體的化工泵、帶粉塵的風機中,已采用特種陶瓷生產耐磨、耐腐蝕零件或密封圈,并取得了良好的實用效果。此外,高純氧化鋁(剛玉)可用于制作金屬拉絲模具,特別是高溫下的熱拉絲,由此可見陶瓷的優越性。工業陶瓷球磨機筒體和鋼球,用于金屬表面除銹的噴砂噴嘴,噴灑農藥的噴嘴等。簡而言之,凡是需要耐磨性和耐腐蝕性的地方,幾乎都能找到特種陶瓷。

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