立方SiC(β-SiC)粉體的應(yīng)用
β-SiC粉體有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、高硬度、高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、寬能帶隙、高電子漂移速度、高電子遷移率、特殊的電阻溫度特性等,因此具有抗磨、耐高溫、耐熱震、耐腐蝕、耐輻射、良好的半導(dǎo)體特性等優(yōu)良性能,被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),例如:電子、信息、精密加工技術(shù)、軍工、航空航天、高級耐火材料、特種陶瓷材料、高級磨削材料和增強材料等領(lǐng)域。其應(yīng)用范圍主要分為以下幾類:
01粉體原料
在高級結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷及高級耐火材料市場有著非常廣闊的應(yīng)用前景。低溫下,β-SiC是一種亞穩(wěn)定相,在1600℃左右即可發(fā)生β-SiC向α-SiC的相變,因此具有一定的燒結(jié)活性,一般SiC陶瓷在燒結(jié)過程中需要2200℃以上,加燒結(jié)助劑后仍需1950℃才可結(jié)晶,而β-SiC在1800℃即可以形成多晶體。
同時在β-SiC晶型轉(zhuǎn)換過程中,其體積也會發(fā)生變化,對陶瓷燒結(jié)致密性能起到良好的作用,從而增加碳化硅陶瓷強度,另外β-SiC向α-SiC轉(zhuǎn)變,可以形成棒狀晶粒,SiC陶瓷韌性也得到提高。在碳化硼陶瓷制品中加入β-SiC能夠降低燒結(jié)溫度的同時可以形成棒狀晶粒提高產(chǎn)品的韌性,從而使得碳化硼陶瓷性能大幅提高。
02磨拋材料
目前β-SiC主要用途之一就是作為研磨材料,β-SiC微粉由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、硬度高、耐磨性能好等優(yōu)點。作為一種游離磨料廣泛應(yīng)用于多種硬脆材料的切片加工過程。尤其是近30年來,隨著科技的進(jìn)步。以β-SiC微粉作為主要切削介質(zhì)的游離磨料線切割技術(shù)在太陽能級硅片的加工領(lǐng)域應(yīng)用日益完善。
另外β-SiC比白剛玉和α-SiC研磨效率高很多,而且能大幅提高產(chǎn)品光潔度。市場上用金剛石做研磨拋光材料較多,其價格是β-SiC的幾十倍甚至幾百倍;但β-SiC在眾多領(lǐng)域中的研磨效果不亞于金剛石,甚至在磨不銹鋼、硅片、玻璃的時候光潔度都優(yōu)于金剛石,價格卻是金剛石的幾十分之一。
用白剛玉做的油石、研磨盤廣泛用于不銹鋼類研磨行業(yè),其拋光性能相對較高,但產(chǎn)品使用壽命短;而利用β-SiC做成的研磨材料(油石、研磨盤等),具有光潔度高、磨削力強、壽命長的優(yōu)勢。比如用白剛玉做的油石拋光軸承,用β-SiC做的油石替代后,光潔度能提高2-3個等級,產(chǎn)品壽命提高5-8倍,而且能大幅降低更換油石次數(shù),從而減少勞動強度、提高生產(chǎn)效率。β-SiC做的研磨膏、研磨液、高精密砂布砂帶及超耐磨涂層也有著良好的應(yīng)用前景。
03電子材料
作為半導(dǎo)性材料,β-SiC可制作成非線性電阻電子器件,比如浪涌吸收元件和滅磁電阻元件,其抗電壓性能比α-SiC高幾倍,添加β-SiC后的發(fā)電機(jī)抗電暈效果非常明顯。純度高的β-SiC可制成單晶SiC晶片,其優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能使其在軍工、航天、電子行業(yè)等高尖端領(lǐng)域用來替代電子級單晶硅和多晶硅。用β-SiC做的電子封裝材料、發(fā)熱器、熱交換器等具有高抗熱震性和良好的導(dǎo)熱性,產(chǎn)品性能大幅優(yōu)于其他材料。
04增強劑
由于β-SiC具有金剛石結(jié)構(gòu),顆粒呈類球形,具有高耐磨耐腐蝕,高導(dǎo)熱,低熱膨脹系數(shù)等特點,使其在特殊涂層中有著良好的應(yīng)用前景。各種海工機(jī)械、裝備及零部件在復(fù)雜的海洋環(huán)境中服役,受海水腐蝕、沖蝕磨損,微生物污損等多因素的交互作用,加速了其腐蝕磨損的進(jìn)程,目前現(xiàn)有的防護(hù)技術(shù)仍難以滿足海洋環(huán)境下10年以上的長效防護(hù)要求,有機(jī)涂層,熱噴涂涂層等都已廣泛應(yīng)用于海洋工程裝備的防護(hù),但在傳統(tǒng)的制備技術(shù)下,涂層的潛在性能基本已挖掘殆盡,很難有大幅度提升,在這些涂料中加入納米SiC后,涂層的耐磨性、硬度也得到了顯著改善,提高了其在海洋復(fù)雜多因素耦合環(huán)境下的防護(hù)壽命。
另外將添加β-SiC的涂料涂覆到普通材料上,其耐磨壽命會大幅提高。鋁合金活塞在汽缸中大量往復(fù)運動,很容易磨損,涂覆β-SiC材料后能夠使活塞壽命提高30-50倍。高分子復(fù)合材料及金屬材料中加入β-SiC可以大大提高其導(dǎo)熱性、降低熱膨脹系數(shù)、增加耐磨性等,而且由于β-SiC的比重小,對材料結(jié)構(gòu)重量不造成影響。高強度尼龍材料、特種工程塑料聚醚醚酮(PEEK)、橡膠輪胎、抗壓潤滑油等加入超細(xì)β-SiC微粉后,其性能提升非常明顯。
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