技术解码 | 先进陶瓷材料制备工艺之碳化硅烧结

弗尔德(上海)仪器设备有限公司

2023/05/12 09:30

科学 — 无尽的前沿

碳化硅材料具有极高的硬度，接近钻石的硬度以及有优异的耐化学性，耐腐蚀性能和抗氧化性和低热膨胀系数，常被用作如：加热元件、耐火承烧板等。除此之外还被广泛用于涡轮机组件定子和转子、轴承、半导体晶圆加工设备、刹车制动盘等。

碳化硅烧结工艺重点解析

碳化硅有很多种类，有200多种晶粒形态。不同晶粒形状的碳化碳，以及不同的烧结工艺，会生成不同特性的碳化硅成品。例如：RBSiC（Reaction-Bonded silicon carbide反应烧结）, R-SiC（Recrystallization-SiC再结晶碳化硅）, N-SiC（Nitride bonded SiC 氮化硅结合碳化硅）。

RBSiC (Reaction-Bonded silicon carbide) 反应烧结是工艺的最后一步。碳/碳材料转移到硅化炉中，样品放进坩埚内后放于炉子底座上。坩埚内倒入硅化定量的硅粉，在1450°C 以上的温度时，整个工艺在真空、分压下进行，液态的硅通过碳/碳毛细管渗透其中。当样品处于硅溶液饱和状态后，表面与硅接触的地方反应形成了碳化硅。这类材料常用于碳基复合材料。

R-SiC(Recrystallization-SiC)再结晶碳化硅，通过研磨得到不同粒径的粉末，大颗粒为180µm，细颗粒为1.3µm（d50）。两种粉末仅需用水混合，注浆成型法得到生坯件。在50°C时干燥去除水分后，即可在2460°C下进行烧结工艺。

N-SiC (Nitride bonded SiC)氮化硅结合碳化硅。微米级的SiC粉末和硅Si，并与水和0.03％的粘结剂混合在一起。将混合材料放入模具中并在50°C下干燥后脱模。在氮气气氛下，炉温升至700-750°C时，粘结剂从样品中气化析出。为避免废气污染设备和实验室环境，需要把挥发出的粘结剂催化处理。在氮气气氛下继续升温至1450°C以上烧结工艺阶段。此工艺也可掺杂烧结，如掺杂Al2O3。

三种制备工艺对比

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