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粉体百科|何为硅化石墨?


来源:中国粉体网   橙子

[导读]  硅化石墨作为一种新颖的工程材料,具有碳石墨和碳化硅两种材料的性能,用途十分广泛。

中国粉体网讯  炭石墨材料具有自润滑性,机械强度高、摩擦系数低、耐高温、抗磨性好,广泛用于机械、化工、石油、仪表、水泵等领域。常规的石墨材料抗磨性和耐腐蚀性都不太理想,而硅化石墨作为一种新颖的工程材料,具有碳石墨和碳化硅两种材料的性能,用途十分广泛。


一.何为硅化石墨?


硅化石墨是指在石墨材料表面涂覆碳化硅层而构成的一种复合材料。碳化硅层厚为1~1.5mm,碳化硅层和石墨基体结合紧密。硅化石墨的硬度实为SiC的硬度,它仅次于金刚石、氮化硼、碳化硼,比碳化钨、三氧化二铝等的硬度高。


硅化石墨不仅具有碳石墨材料的自润滑性,良好的导电导热性,抗热震性和密封性,还具有碳化硅的高强度、抗氧化、耐化学腐蚀等优点,并且特别适合于在重载、高温等苛刻场合下的应用,因此,硅化石墨材料越来越广泛的应用于密封、摩擦、化工、冶金及宇航和核工业等领域。


二.硅化石墨的制备


硅化石墨的生产方法主要有三种化学气相沉积法(CVD),化学气相反应法(CVR)及液硅渗透反应法。


1.化学气相沉积(CVD))法


使含硅、碳的气体通过高温石墨基体发生热分解,生成SiC沉积在石墨基体表面。原料为三氯甲基硅烷(CH3SiC3)、四氯化硅、氢、硅蒸气等。沉积温度范围较宽,从1175℃到1775℃。用此法生成的SiC层非常致密,厚薄均匀,一般厚度约为0.1~0.3mm。但SiC与石墨基体的结合为纯机械结合,结合力较弱,在温度急变时SiC层易发生龟裂、剥落。


2.化学气相反应法(CVR)


原料为焦炭粉和过量的石英砂或无定形硅粉,当加热到2000℃时发生化学反应,生成SiO蒸气。SiO蒸气和碳基体反应生成SiC。SiC层和碳基体二者无明显界面,结合很牢固,在温度骤变及高负荷情况下不会脱落,但CVR法是SiO气体渗入碳基体内进行反应,因此,仍然保留了碳基体的多孔性,在用作密封材料时,需用树脂浸渍或CVD法进行孔隙的填充。


3.液硅渗透法


此法也属于CVR的一种。在真空条件下,加热到1700-1900℃,将碳基体直接浸入熔融的硅液中,液硅逐步渗入碳基体内部,发生反应生成SiC。原料为99.9999%的纯硅。SiC层厚度可达3.5mm。反应后,碳基体内含有约17%的游离硅填充基体的孔隙中,使基体变得致密不透。但游离硅的存在降低了硅化石墨的抗腐蚀性能和高温抗氧化性能。(粉体网编辑整理/橙子)


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