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碳化硅陶瓷范文1
中圖分類號： TM281+.1 文獻標識碼：A 文章編號：
一、傳統工藝制備
（一）有機泡沫浸漬法應用
該項制備工藝以有機泡沫為骨架，完成浸漿、干燥工序后，經過高溫燒制完成。有機物在陶瓷燒制的過程中揮發，留下網絡結構的陶瓷體。這項工藝的特殊之處在于制備好的漿料能夠均勻地覆蓋在開孔三維網狀骨架機構的有泡沫體上，經過干燥燒制后，有機泡沫層消失，留下網眼型的孔隙。設備少、工藝過程簡單、成本低是該項制備工藝的優點。這種工藝燒制出來的陶瓷孔隙度高且氣孔之間相互貫通，工業化生產應用廣泛。水基漿料的應用既滿足了現代環保制作要求，同時也降低了制作成本。
但這種制造工藝也存在一定缺陷，由于水基漿料和有機泡沫材料的兼容性不夠，制品強度無法保證。要想改善碳化硅泡沫陶瓷的力學性能，減少掛漿陶瓷胚體在加工過程中出現涂蓋不均和孔筋的現象發生，可以通過液相滲硅、增加掛漿量或改進燒成工藝實現。掛漿量的增加可以在陶瓷漿料中添加粘結劑、分散劑、流變劑、漿料表面活性劑等一系列添加劑來增加有機泡沫的粘附性能。
（二）造孔劑添加法應用
這種工藝在陶瓷配料中加入造孔劑，造孔劑占據胚體孔隙中占據一定空間，燒結工序完成后，造孔劑脫離胚體，原先占據的空間形成氣孔，為碳化硅泡沫陶瓷的制備做好準備。這項工藝的優點在于，通過溫度和時間的改變可控制調整產品的強度和空隙率。普通工藝燒制時，燒成溫度過高時，形成液增多，閉口氣孔增加，孔隙率過低，達不到要求；燒制溫度過低時，液相量減小，產品強度無法滿足要求。造孔劑添加法的應用則可以避免這些現象的發生，孔隙率也控制在50%以下。這種制造工藝的缺點有：1、對造孔劑分散性要求較高；2、產品的氣孔率不高；3、孔徑大小、分布控制效果較差。
造孔劑主要有無機和有機兩種，無機造孔劑主要是各種銨鹽，或是可以在高溫下分解的鹽類。有機造孔劑則主要是天然纖維、高分子聚合物以及有機酸等，像尿素、聚苯乙烯和聚丙烯醇等。其中，淀粉是常用的有機造孔劑。通過燒制實驗結果可知，淀粉量越大，碳化硅多孔陶瓷的強度和密度越小，氣孔直徑越大，氣孔率增大。造孔添加劑分量的多少對產品物組組成基本不造成影響。
二、先進工藝制備
（一）流延成型工藝應用
陶瓷泥漿在刮刀的作用下，可在平面延展呈片狀，再對其陶瓷坯體塑性的方法稱之為流延成型工藝。通過粘結劑、增塑劑、懸浮劑以及溶劑添加混合構成水溶液或污水溶液，原先細分散的陶瓷粉料懸浮狀變為可流動且可塑性強的料漿。流經經過刮刀，料漿在流延機運輸帶上直接形成薄層坯帶。坯帶流動的過程中，溶劑逐漸揮發，固定微粒聚集，形成質地密致且柔軟的坯帶，經過沖壓處理后，形成固定形狀的坯體。流延成型工藝與傳統制備工藝相比較而言，具有投入費用小、設備簡單、生產效率高等優點。
（二）化學氣相滲透工藝應用
化學氣相沉積是該項工藝的技術原理，基底物質（碳基底居多）與沉積物發生化學反應，經過燒制后制備成多孔陶瓷材料。以化學氣相沉積工藝為基礎，在經過一系列的實驗、改進，再研究出化學氣相滲透制備工藝。通過近幾十年的發展，化學氣相淀積已廣泛應用于新晶體研制、物質提純、多種玻璃態或單、多晶體無機薄膜材料淀積等行業。該項工藝有產品孔隙度、密度可調控；低密度、高強度且形狀復雜多孔碳化硅陶瓷制備的優點。產品密度可控制在1.3g/cm?，孔隙度則可達到65%到80%，這類低密度高孔隙率的產品是傳統工藝制備很難生產出來的。
（三）冷凍干燥工藝應用
定向冷凍干燥工藝可以制備微觀形貌精細、外形復雜的多孔陶瓷材料，屬于濕法成型工藝的一種。通過控制有機溶劑或水在一定方向上凍結形成排列整齊的溶液晶體，再在低壓狀態下干燥升華為游模板或冰，最后通過高溫燒結，得到多孔陶瓷成品。成本費用少、孔道結構精確可調、適用范圍廣泛、力學性能較佳是該制備工藝的優點。但我國的機械設備和制備技術相對于發達國家而言還是處于之后狀態，因此該項技術應用的發展或多或少受到了限制。
三、未來展望及總結
多孔碳化硅陶瓷由于具備優越的耐磨性、高溫強度、抗熱震性以及耐腐蝕性而受到了各大制造行業的廣泛關注，已有多種領域離不開這一新型材料的應用。而傳統碳化硅泡沫陶瓷制備技術用時長、工藝復雜、產品雜質占比大、燒結溫度高、成品性能不穩定等因素制約了該項材料的應用發展。相比之下，新型碳化硅泡沫陶瓷的制備有著產品性能穩定、工藝要求簡單等優點，燒結過程中仍需要較高溫度。工藝發展的過程中，還存在像孔徑大小、形狀及分布控制困難、制備納米級微孔碳化硅陶瓷標準無法達到、生產成本費用較高等亟待解決的問題。就當前形勢來看，我們應該將重點放在孔徑大小控制、孔徑分布控制、低溫燒制三個方面作出研究，從而實現生產成本降低、生產工藝簡化、生產質量提高的生產目標，樹立規?；?、產業化的發展目標，進而全面推動陶瓷行業的蓬勃發展。
參考文獻：
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碳化硅陶瓷范文2
關鍵詞： 日語合成詞 促音化 規則
日語詞匯促音化，指的是形成音節的摩擦音受到阻礙而兩個音節出現重疊，每個輔音在一瞬間出現停止從而形成別的音節的現象。在日語里面用小的“ッ”來表示。促音雖然作為一個音節來表記，但是單獨不能成立，而要作為三個音節中中間的那個來存在。
合成詞是日語詞匯中重要的組成部分，在大量的合成詞中由于詞與詞的合成，在詞素之間的連接部分往往發生語音的變化，促音化是其中的一種重要的語音變化現象，即是指其前置要素的末尾音節變為促音的一種現象。而關于何時發生促音化，在一般日語詞匯學參考書中僅有極少的描述，其中，沈宇澄、周星著作的《現代日語詞匯學》，在有關合成詞的讀音變化部分指出：“促音化は後置要素の音がカ行、サ行、タ行音である合によく生する?！焙钊输h在《日語應試指導?筆試篇》中描繪較為詳盡：以“キ、ク、チ、ツ”結尾的音讀字（詞），在以“カ、サ、タ、ハ”行開頭的音讀字（詞）之前時，促音化。（P13）其他語法書中則鮮見對促音化規則的探討。
我通過研究整理發現：以上規則由于仍然未能準確地描述促音變化現象，因而給學習者掌握這一現象帶來一定的難度，為便于學習者更好地掌握促音的使用，我將教學中歸納出的規則描述如下。
一、日語固有詞匯中的合成詞促音化
這里的固有詞匯指的是以平假名和漢字來標注的詞匯。
1.以“キ”結尾的音讀字（詞），在以“カ”行開頭的音讀字（詞）之前促音化。例如：
寒（せっかん）?搖?搖?搖?搖?搖?搖?搖 刺客（せっかく）
摘（てっき） 石窟（せっくつ）
赤血球（せっけっきゅう） 石刻（せっこく）
特例：滴下（てきか） 摘果（てきか）
2.以“ク”結尾的音讀字（詞），在以“カ”行開頭的音讀字（詞）之前促音化。例如：
核果（かっか）?搖?搖?搖?搖?搖 速（そっき）
北寄（ほっきがい）學區（がっく）
國（こっけん）特（とっこう）
特例：（しゅくけい）?搖?搖?搖?搖宿根（しゅくこん）
?；椋à筏澶长螅?（ふくけい）
腹腔（ふくこう）（ふくけい）
副交感神（ふくこうかんしんけい）
以“ク”結尾的音讀字（詞），在以“ぱ”行開頭的音讀字（詞）之前促音化（此例較少），如：
獨（どっぽ）?搖 ?搖獨法（どっぽう）
北方（ほっぽう）北洋（ほっぴょうよう）
3.以“ツ”結尾的音讀字（詞），在以“カ、サ、タ、パ”行開頭的音讀字（詞）之前促音化。例如：
（1）在以“カ”行開頭的音讀字（詞）之前促音化，例如：
月下（げっか）（べっき）
滑空（かっくう） （はっけん）
脫稿（だっこう） 出國（しゅっこく）
（2）在以“サ”行開頭的音讀字（詞）之前促音化，例如：
散（はっさん）?搖?搖?搖施（じっし）
脫水（だっすい） 石（てっせき）
末（まっせつ） 祖（ぶっそ）
（3）在以“タ”行開頭的音讀字（詞）之前促音化，例如：
一體（いったい）?搖?搖?搖?搖致（ひっち）
珍（べっちん） 失（しっつい）
定（けってい） 越冬（えっとう）
（4）在以“ペ”行開頭的音讀字（詞）之前促音化，例如：
出（しゅっぱつ）?搖?搖?搖?搖 一杯（いっぱい）
（てっぴつ）粉（ざっぷん）
（のっぺい）本（べっぽん）
4.以“チ”結尾的音讀字（詞）規則基本與上述規則相同。例如：
八?。à悉盲沥绀Γ?搖?搖?搖?搖 八寸（はっすん）
八畫（はっかく）八分（はっぷん）
吉相（きっそう）吉兇（きっきょう）
日本（にっぽん）日刊（にっかん）
日食（にっしょく） 日中（にっちゅう）
比較特別的是，以“七”作為詞頭時，僅有七寶（しっぽう）、七珍（しっちん）、七八倒（しってんぱっとう）促音化，“”作為詞頭時僅有素（しっそ）發生促音化。
上述規則歸納起來，即：以“キ、ク”結尾的音讀字（詞），出現在其所在行，即“カ”行音開頭的音讀字（詞）之前時發生促音化；以“ツ、チ”結尾的音讀字（詞）出現在有清濁變化的非濁音行，即“カ、サ、タ、パ”行音開頭的音讀字（詞）之前時發生促音化。
此外還需提及兩點：
①當合成詞為重疊詞時，有一些常常不發生促音化：
沸々（ふつふつ）?搖?搖?搖?搖切々（せつせつ）
孜孜（こつこつ） 々（とつとつ）
但是（さっさつ）和赫々（かっかく）中不發生促音化。
②當合成詞后置字（詞）為訓讀時一般不發生促音化，但是也有一些特例，如：
突先（とっさき） 突端（とっぱな）
二、日語外來語中的合成詞促音化
這里的外來語詞匯指的是以平假名和漢字來標注的詞匯。
與促音類似的音素?音的結合，分布在意大利語等的歐洲的一部分，以及朝鮮語、越南語、廣東話、閩南語、臺灣語等保持有古代中國聲調入聲的東南亞地區。盡管類似的現象在英語中沒有，但是在詞源是英文的外來語中，日語也在發音、表記的時候使用了促音。
尤其是原本就是由短元音＋爆破音或是短元音＋摩擦音為詞尾的時候，日語以促音＋1音節來表現的情況很多：
ビット ?搖?搖?搖?搖カップ
但是由于日語中沒有促音＋濁音的結合，因此這種場合經常變成促音＋清音的結合。
バッグをバック?搖?搖?搖?搖?搖バッジバッチ
ベッドをベット?搖?搖?搖?搖 ?搖レッドソックスをレットソックス
英語中后綴為兩個相同的輔音的時候，盡管發音只是其中一個輔音，但是在引進日語的時候還是經常會加入促音：
Shopping――ショッピング
相反，在意大利語等元音中就有類似促音的音的合成的時候，有時候會省略掉促音：
caffe latte――カフェラテ（カフェラッテ、カッフェラッテ）
綜合上述，日語合成詞的促音化，既有一定的規則，又有一些特例。我在日語教學過程中，如果能結合這些這些規則進行講授的話，就會有助于學生對詞匯的理解和記憶。
參考文獻：
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碳化硅陶瓷范文3
關鍵詞燒嘴磚，碳化硅材質
1引言
我們所說的燒嘴磚，也就是燒嘴的燃燒室，國外也稱之為燒嘴芯，它的結構的設計和材質的選用是輥道窯設計中至關重要的一環，其形狀和材質影響著輥道窯的使用性能和壽命，影響著窯爐的保溫性能和斷面溫差的大小，而目前人們僅把目光盯在燒嘴上，燒嘴磚的選用并未引起窯爐設計者和陶瓷企業管理者的高度重視，因此，筆者認為有必要對此進行討論。
2燒嘴磚的重要性
（1） 燒嘴磚直接影響窯爐的使用性能。燒嘴磚是燒嘴的燃燒室，燒嘴噴出的火焰在燃燒室內燃燒，它的形狀和出口尺寸決定了火焰的形狀及噴出速度，而這些因素直接影響著窯爐斷面溫差及產品質量，目前很多窯爐設計的失敗均源于燒嘴磚設計的不合理所造成。
（2） 燒嘴磚直接影響窯爐的保溫性能。在一個2m多長的窯段上安裝有8只燒嘴，并且燒嘴磚的長度約等于窯墻厚度，它的體積大小、實體重量以及材料的導熱系數，都直接影響到窯爐的保溫性能。目前有很多窯爐的保溫性能不好，有一部分原因是因為使用了體積笨重的燒嘴磚。
（3） 燒嘴磚直接影響窯爐的壽命。燒嘴磚損壞如不及時處理，可直接威脅到窯墻，使窯墻坍塌，縮短窯爐的壽命。
3目前燒嘴磚的選用存在的問題
（1） 只注重成本，不重性能。普通燒嘴磚價格當然便宜，其價格大約是碳化硅材質的四分之一，但其使用性能相比碳化硅材質可就差遠了。
（2） 熱工操作人員對因燒嘴磚的選型而影響窯爐保溫性能的程度沒引起高度的重視。目前國內很多窯爐公司的燒嘴磚材質均選用重質高鋁，從使用壽命來說，如果使用氣體燃料，用得好的話壽命也可以達3年。但是從保溫好壞的角度來看，這種燒嘴磚效果不理想。這種燒嘴磚的斷面尺寸為185mm×185mm，長度與窯墻厚度相當，大約420mm左右，每塊這樣的磚大約重30kg，熱容較大，散熱嚴重。
（3） 燒嘴過橋磚很容易損壞。砌筑這么大的一塊磚，在窯墻上要給它留空間，我們在搞窯爐維修時都知道這個空間的過橋磚很容易損壞，因此在維修窯爐時，修復過橋磚占工作量的比重很大。
（4） 重質高鋁材料的燒嘴磚更換困難。正常生產時如想更換這種燒嘴磚時，窯爐需降溫到900℃以下，更換一個需耗時40min以上。
4碳化硅材質燒嘴磚的優點
（1）重量輕、熱容量小。每個碳化硅燒嘴磚重1.75kg，僅相當于高鋁磚材質的十七分之一，我們知道耐火材料熱容量與重量成正比，所以它的熱容量遠遠低于高鋁磚，保溫性能優勢明顯。
兩種燒嘴磚的外形和重量比較見圖1和圖2。
（2） 窯墻整體性好，窯墻保溫好。因為碳化硅燒嘴磚的安裝孔是用建筑用鉆頭直接在砌好的整體墻上打圓孔，所以砌筑時不用預留方孔和過橋磚，整體性很強，因此窯墻保溫性也好。
（3） 不用過橋磚，減少維修量。因為安裝燒嘴磚的孔是圓孔，不用過橋磚，與使用高鋁材料的燒嘴磚相比，大大減少了因過橋磚易斷裂而產生的維修量。
（4） 更換容易。因為碳化硅質量輕、安裝簡單，所以更換容易，幾分鐘就可完成，正常生產時也可更換，不需降溫。
（5） 壽命長，如果選材和施工不出差錯，壽命可達5年以上。
（6） 容易調節窯爐溫差，可提高產品質量。因為碳化硅燒嘴磚可做成調溫燒嘴磚，更換又很容易，所以給生產帶來很大的便利。生產時如發現因斷面溫差使產品產生了色差或尺差，可視其嚴重程度，在適當的區域交差換上適當數量的調溫燒嘴磚，即可解決問題，且效果相當明顯。
從以上的分析可以看出，碳化硅材質燒嘴磚，無論從保溫性能、結構特性還是更換維修、對窯爐斷面溫差調整上都要比高鋁磚好得多。當然成本上要比高鋁磚高一些，大約是高鋁磚的5倍左右，一條200m長的窯爐，成本大約高出8萬元左右，但從長遠考慮還是值得的。西方國家的窯爐公司近些年選用燒嘴磚的材質均為碳化硅，而在90年代時他們使用的還是高鋁材質的燒嘴磚。而在我們國家，因為窯爐行業的惡性競爭，大多數窯爐公司為了降低成本而不愿意選用碳化硅材質的燒嘴磚，國內陶瓷廠的一些老板對燒嘴磚的利弊也不太了解，在購買輥道窯時對此沒有概念、沒有要求，所以使得我們國家的輥道窯在這方面遲遲得不到進步。
碳化硅陶瓷范文4
關鍵詞 氮化硅晶須，結構性能，制備方法，應用現狀
1引 言
晶須是在人工控制下生長的一種高強度胡須狀單晶體。其直徑小，純度高，沒有或很少有內部缺陷，強度和模量接近于理想晶體的理論值。因此，晶須增強的復合材料具有達到高強、高韌的潛力，因而受到高度重視。
近年來，關于碳化硅晶須的研究較多，但氮化硅晶須相對于碳化硅具有更加優良的耐高溫、高強度、高模量、低膨脹和良好的化學穩定性[1]，其作為輕金屬、玻璃和陶瓷的重要增強組元日益受到重視[2]。本文在介紹晶須生長機制的基礎上分析了氮化硅晶須的結構特點及物化性能，介紹了氮化硅的制備方法并闡述了其應用現狀，并對其今后的發展作了展望。
2晶須生長機制
晶須是一種特殊的一維晶體，其生長具有特殊性。國內外有關晶須生長機理的報道并不多，同時，針對不同的工藝原料和制備方法，晶須的生長機理更是多種多樣。
2.1 VLS生長機制
晶須的VLS生長機制是晶須生長的最重要機制。該機制認為，系統中存在的觸媒是氣體原料和生成的固體產物之間的媒介。形成晶須的氣體原料通過氣-液界面輸入到小液滴中，小液滴成為含有晶須氣體原料的熔體。當熔體達到一定的過飽和度時，便析出晶體，并沉積在液滴與基體的界面上。隨著氣體的連續供給，晶須連續生長，將小液滴抬起，直至停止生長。最后液滴殘留在晶須的頂部，構成VLS機制的晶須形貌。按照該機理生長的晶須，可通過控制觸媒液的性質、位置、種類、化學組成等來控制晶須的生長。
2.2 螺旋位錯生長機制
當體系中引入雜質時，其螺旋位錯的臺階為晶須的成核及生長提供了能量“優惠區”，使得在很低的過飽和度下晶須就能生長，并保持邊緣的光滑。因此，按照此機制在用液相法或氣相法合成晶須時，常向體系中引入雜質。
2.3 其他生長機制
根據不同的晶須制備方法，其生長機理還會有其他方式，如添加毒化劑限制擴散的液相生長機制、在外場作用下的液相或氣相生長、在一定溫度梯度場下的蒸發沉積生長（氣相沉積）機制等。總之，目前關于晶須的生長理論還不是非常完善與精確，受到其合成原料、制備工藝等的限制。
3氮化硅晶須的結構特點及其物化性能
3.1 結構特點
目前，相對于碳化硅晶須，氮化硅晶須顯微結構的研究并不多。氮化硅晶須有2種晶型：α-Si2N3和β-Si2N3。兩者都屬六方晶系。一般認為α-Si2N3屬低溫穩定晶型，β-Si2N3屬高溫穩定晶型。但目前還沒有觀察到β-Si2N3向α-Si2N3的晶型轉變。
在氮化硅晶須生長的過程中，有研究表明其生長具有方向性，且α-Si2N3和β-Si2N3有所差異[3]。α-Si2N3晶須可沿、和方向生長。其中沿方向生長α-Si2N3晶須的一側有大量的微小結晶體；生長方向為的α-Si2N3晶須的一側有大量的復合面缺陷；生長方向為的α-Si2N3晶須的中間有芯，兩側有平行于（0001）面的缺陷。β-Si2N3晶須的生長方向為，且晶須中幾乎觀察不到任何缺陷。
3.2 物化性能[4]
與碳化硅晶須相比，氮化硅晶須具有較高的強度，通常其拉伸強度可達13.8GPa，是碳化硅晶須的5倍。還具有高彈性模量（390GPa）、低膨脹系數和良好的化學穩定性。用氮化硅晶須作為增強體時，晶須性能及要求因基體的不同而不同。
4氮化硅晶須的制備方法
氮化硅晶須的制備方法分氣相法、液相法、固相法三種。常用的方法有直接氮化法、化學氣相沉積法、碳熱還原法、鹵化硅氣相氨分解法、自蔓延法等。
曹陽等[2]采用等離子體氣相反應法制備的無定型氮化硅超細粉末作為原料，通過在1450℃氮氣氣氛下，2h的熱處理，使無定型氮化硅轉為α相氮化硅，并生長出α-Si2N3晶須，實驗分析證明所得到的α-Si2N3晶須直徑為50～200nm，無明顯缺陷，其晶體生長方向為。
周建春等[5]采用二氧化碳和石墨為原料分別在1200～1300℃和1250～1400℃流動氮氣中制備了α-Si2N3晶須和β-Si2N3晶須。分析發現α-Si2N3晶須表面光滑，有大量缺陷，且有很多分叉晶須；但β-Si2N3晶須的表面光滑，看不到缺陷，分叉的晶須也很少。
Yang W Y等[6]用PTSZ為先驅體制備出梳形和羽毛形的氮化硅晶須，其直徑為200～300nm，長度為800～ 1200nm，主干晶須沿向生長，支干晶須沿方向生長。該晶須按照固-液-固機理生長。
5氮化硅晶須的應用現狀[4]
晶須強化增韌被認為是解決材料高溫韌性的有效方法，既可保持基體材料的主要特色，又通過晶須改善了其性能，而且與連續纖維強化增韌相比，晶須增韌的工藝更為簡單，因此，各種先進復合材料對晶須的需要量不斷增加。用氮化硅晶須作為增強體時，與碳化硅晶須增強陶瓷基復合材料相類似，復合材料的性能會因基體的不同而不同，也相應就有了不同的用途，廣泛應用于航空、航天、機械加工與制造等領域中。
氮化硅晶須與石英玻璃具有良好的物理相容性，其復合材料具有優異的力學性能。采用外加晶須的方法研究氮化硅晶須增強熔石英材料的性能，發現補強后的熔石英材料的熱膨脹系數小，具有良好的抗熱震性，且熱震后的強度較高。但同時又有研究表明氮化硅晶須和石英玻璃在高溫下易發生化學反應而使基體嚴重破壞，妨礙了該材料在高溫下的使用。
氮化硅晶須增韌碳化硅陶瓷復合材料中，既保留了碳化硅陶瓷優良的耐高溫、抗蠕變、抗氧化、抗化學腐蝕、耐磨等性能，又具有比碳化硅陶瓷更高的強度和韌性，最高使用溫度可達1400℃以上，且二者有良好的物理相容性，化學性質相近，界面的結合力較強。但該復合材料界面控制困難，成本高。蔡海榮等[7]利用化學激勵燃燒合成了Si2N3/SiC復合粉體，Si2N3形貌以晶須為主，研究表明，加入SiC作稀釋劑，可明顯降低反應體系的溫度，阻止先期生成的Si2N3分解及Si的熔融團聚，有利于反應程度的提高。
氮化硅晶須增韌氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷及玻璃等其它基體的復合材料時，其基體性能都不同程度地得到了改善。氮化硅晶須補強氮化硅陶瓷，由于增強體與基體的同質性，使兩者具有很好的物理和化學相容性，材料的復合性能得到較好的發揮[8]。畢玉惠等[9]通過分析粘度、ζ-電位等參數，研究了燒結助劑、分散劑、粘度劑等對含有α-Si2N3晶須陶瓷漿料的粘度的影響，并確定了最佳的工藝參數，制備出具有一定固相含量，流動性和穩定性良好的適合流延工藝的陶瓷漿料。顧建成等[10]采用原位高位生長的方法，利用β-Si2N3增強BAS基體復合材料，發現氮化硅晶須能有效地提高其強度和斷裂韌性。
6結 語
晶須作為一種新型的增強材料，因其優良的性能在復合材料中得到了廣泛應用。晶須的生長機理研究還不完善，制備技術也有待進一步研究，以提高晶須的產率，適應商品化生產的要求。同時，生產成本也是關注的熱點，可從選擇廉價的原料入手，促進技術更新，從而充分利用資源，促進晶須增韌復合材料工業的發展。
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碳化硅陶瓷范文5
論文摘要本文針對我國走可持續發展道路以及循環經濟的戰略,分析了廢舊磨具的物資狀況,提出了廢舊磨具的再生技術路線,并探索了廢舊磨具再生的市場前景;
1前言
隨著社會的發展,資源的有效利用已成為人們日益關注的焦點;資源的獲取途徑有開采;儲備和再生三種;面對全球資源枯竭;國內資源緊張的目前狀況,我國必須放棄單純的儲備“原生態”資源的狹窄思路,轉而走“再生資源”之路,這也是我國搞循環經濟必須面對的一個新問題;和“儲備”資源相比,“再生”資源可能是解決目前我國能源困境的一種有效途徑;
如何實現廢舊物資的再生已成為科研開發的重要課題之一;大批廢舊磨具的回收再利用則是磨料;磨具行業的探究熱點;
2廢舊磨具市場狀況
在機械加工行業,由于磨床結構設計;制造和技術方面的要求,磨削加工所用的磨具不可能完全被消耗,總會剩余約占磨具總質量1/3的殘留量;另一方面,磨具生產企業由于生產工藝及過程控制不當,往往會產生一些廢品(即便控制得當,也會產生大約1%的廢品);據統計,我國磨具年產量約20萬噸,每年產生的廢舊磨具近萬噸,雖然一些技術工作者根據自身企業情況對廢舊磨具進行了有效利用,但仍有相當數量的廢舊磨具被當作垃圾處理掉;
近年來,磨料價格一直居高不下,節約和利廢是當務之急;此外,從資源的角度來看,磨具的生產制造所用的基礎原料,如鋁礬土;石英;長石;粘土等都屬于天然礦藏,經長期開采,其資源已相當有限;因此,磨具生產制造行業必須積極尋找新礦源;杜絕資源浪費;發展可再生資源;廢舊磨具的再生將是磨具行業技術工作者不容回避的攻關課題;
3廢舊固結磨具再生技術
固結磨具由磨料和結合劑兩部分組成,經過配料;混料;成形;干燥;燒結或硬化而成;磨料主要包括剛玉系和碳化硅系兩大類,是由基礎原材料鋁礬土;石英等經高溫冶煉而成;磨料主要起磨削功能;結合劑主要起粘結磨粒;保持磨具硬度和強度的功能;在磨具制作和使用過程中,磨粒的物理化學性能并沒有發生本質的變化,仍然保持其固有特性;當廢舊磨具破碎加工后,每個顆粒都包含一定量的磨粒和結合劑,再生磨粒仍可保持其固有的磨粒特性;磨具根據加工工件的工藝要求分成不同類別,在制作過程中所用的磨料材質;結合劑的種類和用量也各不相同;因此,廢舊磨具回收后要先分類,再處理摘要:按結合劑種類將磨具分為陶瓷結合劑;橡膠和樹脂結合劑三大類;再按磨料材質分為白剛玉;棕剛玉;微晶剛玉;單晶剛玉;鉻剛玉;綠碳化硅;黑碳化硅等;不同結合劑的廢舊磨具處理方法各不相同摘要:對于樹脂;橡膠結合劑的磨具要按磨料材質分類,然后投入焚燒爐焚燒,以便除去樹脂;橡膠結合劑,這樣處理后磨料性能基本沒有變化,仍可按一級磨料被重新使用;陶瓷結合劑類磨具處理方法截然不同;由于陶瓷結合劑是無機化合物,在磨具高溫(約1350℃)焙燒過程中?；?已牢牢附著在磨料表面,很難用簡單的物理;化學方法將其分離;但將陶瓷磨具物理破碎后形成的新磨粒,其磨削;自銳性能基本不會改變,因此,可以將陶瓷磨具按磨料材質分類后進行破碎;分級,并對再生磨料進行配方試驗,重新制成磨具加以利用;
4廢舊磨具再生的應用前景
碳化硅陶瓷范文6
關鍵詞：SiC反射鏡 C/SiC復合材料 制備工藝 輕量化
1 引 言
SiC作為反射鏡材料具有重量輕、熱穩定性好、制備工藝相對簡單、成本低、光學加工性能好、光學性能優異等特點，已經成為反射鏡的首選材料[1]。目前對SiC反射鏡的研制取得了一定的成效，并且已經在一定的范圍內得到了應用[2~3]。C/SiC復合材料密度更小，減重效果更好。據悉，目前空間系統的發射費用大于20，000美元/kg。光學系統減輕100kg的重量，有效載荷能減少250～300kg，不但節省了發射費用，而且提高了空間探測器的飛行性能[4]。另外，C/SiC復合材料具有CTE、熱導率和機械性能各向同性、抗化學腐蝕、在應力下無老化和蠕變以及成本低、結構可設計等特性。因此，SiC及其C/SiC復合材料被認為是今后反射鏡材料的發展重點。本文從SiC及其C/SiC復合材料的制備方法出發，介紹了SiC反射鏡鏡坯的研究進展。
2 SiC反射鏡鏡坯制備工藝
SiC反射鏡坯體的制備方法很多，目前已經應用或有望應用于制備SiC反射鏡鏡坯的方法主要包括：常壓燒結法、反應燒結法、熱(等靜)壓燒結法、液相硅浸漬法、先驅體轉化法和化學氣相滲積法等。
2.1常壓燒結法
該方法又稱無壓燒結，是美國GE公司的S. Prochazka[5]在1974年發明的。它是將SiC粉末、有機粘結劑以及適當的燒結助劑充分混合模壓形成素坯，具有一定強度的素坯經過相應的機械加工做成所需的形狀，最后在一定溫度及常壓下燒結。由于SiC的擴散活化能極低，純SiC粉末的燒結是十分困難的，需要的溫度也很高(>2000℃)。一般來說，常壓燒結SiC都要加入一定量的燒結助劑如B、C、B4C、Al2O3、MgO、Y2O3等。燒結助劑的作用是提高界面或體積擴散能，或者在一定溫度時產生一定量的液相，從而降低燒結溫度，提高致密度。采用常壓燒結法得到的SiC材料為均勻單相材料(主要為α相)，工藝簡單、成本低，易獲得形狀復雜的產品。但相對而言，燒結溫度高，對設備要求也較高，而且采用常規的常壓燒結法獲得的碳化硅材料坯體收縮較大(15%~20%)，難以達到完全致密(通常致密度為96%～98％理論密度)，從而導致拋光精度不高，表面存在大量的氣孔缺陷[6]，通常需要進行表面改性。而且當SiC部件大型化時，常壓燒結法對設備的要求較高，燒結過程需精確控制。
法國的Boostec公司是目前世界上最大的采用常壓燒結法制備SiC反射鏡的公司，形成了一套完整的制備SiC輕質反射鏡的工藝，包括反射鏡坯體的燒結、加工和全SiC太空望遠鏡系統結構件的焊接等[2~7]。該公司制備的SiC材料致密度>96.6%、密度為3.10～3.19g/cm3，成分為:SiC>98.5wt%、B
日本的Mitsui Zosen/Nikon和Toshiba Ceramic/Canon分別制備了常壓燒結SiC＋CVD SiC涂層的反射鏡[15]，尺寸為800mm×50mm和1000mm×140mm，表面涂覆Pt后粗糙度分別為3.1?和5.3?。日本物理化學研究所測試結果顯示，這兩種鏡片都適用于同步輻射加速器的高熱載荷、高輻射的工作狀況。
我國科學院上海硅酸鹽研究所采用常壓燒結法制備SiC反射鏡取得了重要進展[16]。目前已經制備出直徑520mm的SiC反射鏡，經過表面鍍Ag后，在可見光區域的反射率達95％以上。
2.2反應燒結法
反應燒結法制備SiC的研究是一個比較成熟且具有較長發展歷史的工藝。它是由美國Carborandum公司的P. Popper等[17]研制的。反應燒結法是目前國內外報道最多、最為常見的SiC鏡坯的制備方法。按起始素坯中是否含有SiC顆粒，可將反應燒結碳化硅分為反應結合碳化硅(reaction-bonded silicon carbide)和反應形成碳化硅(reaction-formed silicon carbide)。反應結合碳化硅工藝采用熔融的具有反應活性的Si與素坯中的C反應生成新的SiC。新生成的SiC原位地結合素坯中的原有的SiC顆粒，并逐漸填充剩余的孔隙，最后得到近乎完全致密的SiC材料。這種方法制備的反應燒結碳化硅中一般含有粗大的碳化硅顆粒，且自由Si的含量較高。但是此種方法工藝過程簡單，且成本較低。反應形成碳化硅是指素坯中只含有C，這種多孔C的素坯與Si反應從而得到SiC材料。采用此法制備的SiC，其顯微結構比反應結合法均勻。缺點在于制備過程較復雜、成本較高，且在熱裂解的過程中有大量的氣體放出，素坯易開裂，較難制得大尺寸的制品。
反應燒結SiC的優點為：工藝簡單、燒結時間短；燒結溫度和成本遠低于常壓燒結和熱(等靜)壓燒結SiC；可以實現近凈尺寸燒結，避免后續加工，適于制備形狀復雜的產品；SiC材料近乎完全致密。缺點是由于反應受擴散范圍的影響導致部分Si反應不完全，因此生成物中殘留有游離Si，含量一般為8％～12％，從而造成產物中存在兩相結構(SiC＋Si)。當樣品直接拋光時，由于SiC和Si的硬度不同，導致SiC和Si的拋光速率不同，難以獲得高質量的光學面形，導致表面缺陷相的不均一[18~19]。要獲得較好的光學加工表面，通常也需要進行表面改性。
由于反應燒結法簡單易行，因此國內外大多采用此方法制備反射鏡坯體。美國的Xinetics公司[20~23]從20世紀80年代初開始從事SiC反射鏡的制備。90年代中期成功研制出一種CERAFORM品牌的反應燒結SiC。該公司生產的SiC反射鏡直徑為500mm、面密度為20kg/m2，拋光后表面粗糙度為λ/15(λ＝632.8nm)，經過低溫測試，面形變化為0.027μm。同時，還制備了直徑為1m、面密度為30kg/m2的后開式的CERAFORM輕質SiC反射鏡。目前，該公司正著手研制直徑為1.7m和2m的SiC反射鏡。
美國的SSG(Science Software Group)公司[24~29]所研制的反應燒結法制備的SiC反射鏡已經應用于MICAS(Miniature Infrared Camera and Spectrometer )太空望遠鏡和ALI(Advanced Land Imager)太空望遠鏡等。這兩種太空望遠鏡都是美國NASA的NMPDS-1(New Millennium Program Deep Space-1)項目的重要部分。MICAS望遠鏡孔徑為10cm、質量為2.8kg，整個系統均由RB SiC組成。其中SiC反射鏡的PV值為0.7λ、RMS為0.13λ (λ＝632.8nm)。低溫測試顯示，該RB SiC反射鏡具有極好的熱穩定性。而ALI太空望遠鏡的主反射鏡和三級反射鏡也采用RB SiC材料，主反射鏡直徑為12.5cm、面形精度
美國的Litton Itek公司和HDOS(Hughes Danbury Optical Systems)公司采用反應燒結SiC材料制備輕型反射鏡。Litton Itek公司的Robert S. Breidenthal等[31]采用反應燒結法制備了尺寸為1125mm×825mm的SiC反射鏡。拋光后面形精度為λ/20(λ＝632.8nm)、表面粗糙度為3nm，并通過了低溫(4K)測試[32]。HDOS公司[33]采用反應燒結法制備的后開式結構的RB SiC反射鏡，尺寸為1.1m×0.8m、重量為27kg，且已在坯體上得到了小于1nm的光學表面。
俄羅斯的研究主要以空間光學研究院(S. I. Vavilov State Optical Institute)為主。該院研制出的Sicar材料，它是以SiC和Si組成的兩相材料，拋光后可獲得10～20 的表面粗糙度。該研究院采用Sicar材料制備的三鏡片去象散望遠鏡[34]的主反射鏡直徑為630mm、質量僅為13.5kg；而二級反射鏡直徑為160mm、質量為0.65kg。Paul Robb等[35~36]對采用Sicar材料制備的直徑為170mm的蜂窩結構的反射鏡以及308mm×210mm的后閉式結構的反射鏡進行了低溫(6K)測試，其結果顯示：由室溫降至液氦(6K)溫度時，其反射鏡沒有發生形狀扭曲和滯后的現象，面形精度的變化也處于誤差范圍之內，為±0.02λ～±0.04λ(λ=632.8nm)。
日本在采用反應燒結法制備SiC反射鏡方面的研究發展十分迅速。由Toshiba和 NEC-Toshiba Space Systems聯合開發的NT-SiC材料采用反應燒結法制得[37]。這種材料在燒結過程中收縮率
國內采用反應燒結法制備SiC反射鏡的有哈爾濱工業大學、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所和中國科學院光電技術研究所等。哈爾濱工業大學的張宇民等[39~40]采用反應燒結法制備SiC反射鏡，已經制備出直徑從160～650mm的具有輕量化結構的反射鏡，輕量化率可以達到70％、面形精度
2.3熱(等靜)壓燒結法（HP）
熱壓燒結法是由美國Norton公司的R. A. Alliegro等[46]在20世紀50年代中期研制的。其主要方法為：把SiC粉料和燒結助劑混合后放入一定尺寸的模具(通常為石墨模具)中，通過施加單向壓力或等靜壓力燒結。此法獲得的SiC材料屬于均勻單相材料(主要為α相)。樣品收縮率比常壓燒結的小，致密度相對較高(>98%理論密度)，具有優異的機械力學性能。其光學加工精度較常壓燒結法制備的SiC高。與反應燒結法和化學氣相沉積法相比，HP SiC熱導率要低，熱膨脹系數略高。HP SiC最主要的缺陷是樣品形狀單一。另外，HP SiC用作反射鏡材料時，需要結合SiC材料的封接技術，封接技術的采用會帶來界面應力和形變等一系列新的問題。
Cercom公司的研究者以Al基復合材料作為燒結助劑，采用熱壓燒結工藝制備出顯微結構均勻、尺寸為50cm2的SiC燒結體，經過拋光后表面粗糙度僅為0.875nm。另外，該公司研制的HP SiC的粘接技術也相當成熟，這為HP SiC材料制備形狀復雜的反射鏡提供了保證[47]。
美國的SSG公司[48~49]為NASA的GEO計劃制造的輕量化掃描反射鏡，采用熱壓燒結SiC為鏡坯，尺寸為0.5×0.3m，重量為2.2kg，表面拋光后粗糙度僅為5?。后又在HP SiC表面涂覆Si涂層，為美國國防部高級研究計劃署(ARPA)和NASA提供偏軸三鏡片去象散可見光望遠鏡，重量為14kg，并通過了低溫測試[50~51]。后又為法國阿爾貢國家同步輻射實驗室提供了表面粗糙度為2～4?的HP SiC冷卻鏡，并通過了熱性能和真空兼容性的測試[52]。
2.4液相硅浸漬法(LSI)
液相硅浸漬法是將短切C纖維或碳氈用酚醛樹脂或其它裂解C先驅體真空浸漬，干燥固化后，在1000℃左右裂解，然后將裂解后的樣品在2100℃左右的真空爐中石墨化后得到C/C復合材料。然后將C/C復合材料置于高溫真空爐中，固體Si在1600℃下熔融成液態Si，通過多孔C/C坯體中的氣孔的毛細作用滲透到坯體內部與C基體反應得到C/SiC復合材料。
其優點是通過C/C材料液相滲硅后的連接作用，可以制備出大尺寸、形狀復雜的結構組件，工藝時間短，材料來源廣泛，可以近凈尺寸成形，成本較低。其缺點是熔融Si會與C纖維發生反應導致C纖維性能的下降。同時，C/SiC復合材料中殘余的游離Si也會導致復合材料抗蠕變性能下降。
德國Donier公司[53~54]采用該法制備的C/SiC復合材料商品名為Cesic，該材料力學性能和熱學性能較好，被用作輕質反射鏡的鏡坯材料。反射鏡的尺寸不一，直徑從150mm到1000mm的都有。如制備的直徑為630mm的空間望遠鏡主鏡，重量僅為4kg。
日本發射的SPICA空間望遠鏡主鏡除了采用直徑3.5m的Sintered SiC反射鏡外，其它的次鏡和結構支撐件均采用C/SiC復合材料，并且已經制備出直徑為160mm的球面鏡，坯體直接拋光后表面粗糙度優于20nm[55~57]。
美國MER公司的W. Kowbel等[58]采用此法制備出的C/SiC復合材料，熱膨脹接近于零。他們已經制備出了兩款直徑為0.5m的反射鏡，面密度分別為2kg/m2和3kg/m2，分別用于紅外和可見光波段。
2.5先驅體轉化法(PIP)
先驅體轉化法又稱聚合物浸漬裂解法或先驅體裂解法，它是近年來發展起來的一種纖維增強陶瓷基復合材料的制備工藝。該工藝是將SiC粉末和先驅體(通常是聚碳硅烷，PCS)混合，制成一定形狀的素坯，然后在一定溫度下裂解，這時PCS將轉化為SiC，重復浸漬-裂解工藝以提高樣品的致密度。
其優點是制備的反射鏡坯體的最終密度以及加工過程可以控制，這就為鏡坯的輕量化及后續加工提供了保障；該工藝過程簡單，對設備要求不高；可以制備形狀比較復雜的異形構件；裂解時溫度低，材料制備過程中對C纖維造成的熱損傷和機械損傷比較小。其缺點是由于高溫裂解過程中有小分子溢出，材料的孔隙率高，很難制備出完全致密的材料；且從有機先驅體轉化為無機陶瓷過程中材料體積收縮大，收縮產生的內應力不利于提高材料的性能；這種材料由于表面孔隙率較大，在表面進行CVD SiC涂覆前，必須進行致密化封孔[59]。另外，為了達到較高的致密度，該材料必須經過多次浸滲和高溫處理，制備周期較長。
國防科技大學[60]在采用PIP法制備C/SiC反射鏡方面已經進行了一系列的研究，目前已經制備出225mm×165mm的橢圓反射鏡，表面涂覆CVD SiC拋光后表面粗糙度僅為0.372nm。
2.6化學氣相滲積法(CVI)
化學氣相滲積法是在纖維預成形體上通過化學氣相反應沉積SiC基體來制備C/SiC復合材料的一種方法，它是目前商業化制備C/SiC復合材料的唯一方法。該方法的特點是可以實現近凈尺寸成形。采用該法制備的C/SiC復合材料性能優異，可以實現功能梯度設計。缺點是制備的C/SiC復合材料致密度較低，只能用于鏡坯材料，需要進行表面改性處理，而且工藝周期長，對設備要求高，目前這方面的工作仍處于探索階段。
除了上述方法外，另外還有采用泡沫SiC作為反射鏡鏡坯[61~62]、POCO公司的C轉化成SiC作為鏡坯等[63~64]方法。但是不論采用何種方法制備鏡坯，主要都是為了達到輕量化的目的。要達到真正的使用要求，必須對其表面進行適當的改性。
3 展 望
近年來，由于SiC其熱變形量低、穩定性較好等優點，適合于空間光學系統的應用，是一種具有廣闊前景的反射鏡材料。但隨著反射鏡向輕量化(C/SiC復合材料作為鏡坯)和大型化方向發展，要制備一個純SiC的反射鏡，僅依靠機械加工來獲得較好的表面光潔度是比較困難的，因此，在鏡坯表面涂覆一層涂層已越來越成為趨勢和可能。目前，常用的方法是采用CVD法在鏡坯表面沉積一層SiC涂層，拋光后能夠獲得較滿意的表面光潔度。但是CVD法的工作溫度過高、沉積速率慢、難以大型化和成本過高等缺點限制了CVD法的應用。要想徹底擺脫涂覆涂層這一道工序，必須解決以下兩個方面的問題：一是尋找合適的燒結助劑，使得SiC鏡坯能夠完全燒結致密；二是通過開發新的連接技術，使得小尺寸的SiC材料能夠成為大尺寸的SiC反射鏡鏡坯，實現SiC反射鏡鏡坯的大型化。如能解決以上兩個問題，SiC材料用作反射鏡鏡坯必將實現質的飛躍。
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