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碳化硅陶瓷范文1
中图分类号： TM281+.1 文献标识码：A 文章编号：
一、传统工艺制备
（一）有机泡沫浸渍法应用
该项制备工艺以有机泡沫为骨架，完成浸浆、干燥工序后，经过高温烧制完成。有机物在陶瓷烧制的过程中挥发，留下网络结构的陶瓷体。这项工艺的特殊之处在于制备好的浆料能够均匀地覆盖在开孔三维网状骨架机构的有泡沫体上，经过干燥烧制后，有机泡沫层消失，留下网眼型的孔隙。设备少、工艺过程简单、成本低是该项制备工艺的优点。这种工艺烧制出来的陶瓷孔隙度高且气孔之间相互贯通，工业化生产应用广泛。水基浆料的应用既满足了现代环保制作要求，同时也降低了制作成本。
但这种制造工艺也存在一定缺陷，由于水基浆料和有机泡沫材料的兼容性不够，制品强度无法保证。要想改善碳化硅泡沫陶瓷的力学性能，减少挂浆陶瓷胚体在加工过程中出现涂盖不均和孔筋的现象发生，可以通过液相渗硅、增加挂浆量或改进烧成工艺实现。挂浆量的增加可以在陶瓷浆料中添加粘结剂、分散剂、流变剂、浆料表面活性剂等一系列添加剂来增加有机泡沫的粘附性能。
（二）造孔剂添加法应用
这种工艺在陶瓷配料中加入造孔剂，造孔剂占据胚体孔隙中占据一定空间，烧结工序完成后，造孔剂脱离胚体，原先占据的空间形成气孔，为碳化硅泡沫陶瓷的制备做好准备。这项工艺的优点在于，通过温度和时间的改变可控制调整产品的强度和空隙率。普通工艺烧制时，烧成温度过高时，形成液增多，闭口气孔增加，孔隙率过低，达不到要求；烧制温度过低时，液相量减小，产品强度无法满足要求。造孔剂添加法的应用则可以避免这些现象的发生，孔隙率也控制在50%以下。这种制造工艺的缺点有：1、对造孔剂分散性要求较高；2、产品的气孔率不高；3、孔径大小、分布控制效果较差。
造孔剂主要有无机和有机两种，无机造孔剂主要是各种铵盐，或是可以在高温下分解的盐类。有机造孔剂则主要是天然纤维、高分子聚合物以及有机酸等，像尿素、聚苯乙烯和聚丙烯醇等。其中，淀粉是常用的有机造孔剂。通过烧制实验结果可知，淀粉量越大，碳化硅多孔陶瓷的强度和密度越小，气孔直径越大，气孔率增大。造孔添加剂分量的多少对产品物组组成基本不造成影响。
二、先进工艺制备
（一）流延成型工艺应用
陶瓷泥浆在刮刀的作用下，可在平面延展呈片状，再对其陶瓷坯体塑性的方法称之为流延成型工艺。通过粘结剂、增塑剂、悬浮剂以及溶剂添加混合构成水溶液或污水溶液，原先细分散的陶瓷粉料悬浮状变为可流动且可塑性强的料浆。流经经过刮刀，料浆在流延机运输带上直接形成薄层坯带。坯带流动的过程中，溶剂逐渐挥发，固定微粒聚集，形成质地密致且柔软的坯带，经过冲压处理后，形成固定形状的坯体。流延成型工艺与传统制备工艺相比较而言，具有投入费用小、设备简单、生产效率高等优点。
（二）化学气相渗透工艺应用
化学气相沉积是该项工艺的技术原理，基底物质（碳基底居多）与沉积物发生化学反应，经过烧制后制备成多孔陶瓷材料。以化学气相沉积工艺为基础，在经过一系列的实验、改进，再研究出化学气相渗透制备工艺。通过近几十年的发展，化学气相淀积已广泛应用于新晶体研制、物质提纯、多种玻璃态或单、多晶体无机薄膜材料淀积等行业。该项工艺有产品孔隙度、密度可调控；低密度、高强度且形状复杂多孔碳化硅陶瓷制备的优点。产品密度可控制在1.3g/cm?，孔隙度则可达到65%到80%，这类低密度高孔隙率的产品是传统工艺制备很难生产出来的。
（三）冷冻干燥工艺应用
定向冷冻干燥工艺可以制备微观形貌精细、外形复杂的多孔陶瓷材料，属于湿法成型工艺的一种。通过控制有机溶剂或水在一定方向上冻结形成排列整齐的溶液晶体，再在低压状态下干燥升华为游模板或冰，最后通过高温烧结，得到多孔陶瓷成品。成本费用少、孔道结构精确可调、适用范围广泛、力学性能较佳是该制备工艺的优点。但我国的机械设备和制备技术相对于发达国家而言还是处于之后状态，因此该项技术应用的发展或多或少受到了限制。
三、未来展望及总结
多孔碳化硅陶瓷由于具备优越的耐磨性、高温强度、抗热震性以及耐腐蚀性而受到了各大制造行业的广泛关注，已有多种领域离不开这一新型材料的应用。而传统碳化硅泡沫陶瓷制备技术用时长、工艺复杂、产品杂质占比大、烧结温度高、成品性能不稳定等因素制约了该项材料的应用发展。相比之下，新型碳化硅泡沫陶瓷的制备有着产品性能稳定、工艺要求简单等优点，烧结过程中仍需要较高温度。工艺发展的过程中，还存在像孔径大小、形状及分布控制困难、制备纳米级微孔碳化硅陶瓷标准无法达到、生产成本费用较高等亟待解决的问题。就当前形势来看，我们应该将重点放在孔径大小控制、孔径分布控制、低温烧制三个方面作出研究，从而实现生产成本降低、生产工艺简化、生产质量提高的生产目标，树立规模化、产业化的发展目标，进而全面推动陶瓷行业的蓬勃发展。
参考文献：
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碳化硅陶瓷范文2
关键词： 日语合成词 促音化 规则
日语词汇促音化，指的是形成音节的摩擦音受到阻碍而两个音节出现重叠，每个辅音在一瞬间出现停止从而形成别的音节的现象。在日语里面用小的“ッ”来表示。促音虽然作为一个音节来表记，但是单独不能成立，而要作为三个音节中中间的那个来存在。
合成词是日语词汇中重要的组成部分，在大量的合成词中由于词与词的合成，在词素之间的连接部分往往发生语音的变化，促音化是其中的一种重要的语音变化现象，即是指其前置要素的末尾音节变为促音的一种现象。而关于何时发生促音化，在一般日语词汇学参考书中仅有极少的描述，其中，沈宇澄、周星著作的《现代日语词汇学》，在有关合成词的读音变化部分指出：“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。”侯仁锋在《日语应试指导・笔试篇》中描绘较为详尽：以“キ、ク、チ、ツ”结尾的音读字（词），在以“カ、サ、タ、ハ”行开头的音读字（词）之前时，促音化。（P13）其他语法书中则鲜见对促音化规则的探讨。
我通过研究整理发现：以上规则由于仍然未能准确地描述促音变化现象，因而给学习者掌握这一现象带来一定的难度，为便于学习者更好地掌握促音的使用，我将教学中归纳出的规则描述如下。
一、日语固有词汇中的合成词促音化
这里的固有词汇指的是以平假名和汉字来标注的词汇。
1.以“キ”结尾的音读字（词），在以“カ”行开头的音读字（词）之前促音化。例如：
寒（せっかん）?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇 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”结尾的音读字（词），在以“カ”行开头的音读字（词）之前促音化。例如：
核果（かっか）?摇?摇?摇?摇?摇 速（そっき）
北寄（ほっきがい）学区（がっく）
国（こっけん）特（とっこう）
特例：（しゅくけい）?摇?摇?摇?摇宿根（しゅくこん）
祝婚（しゅくこん） （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”结尾的音读字（词），在以“ぱ”行开头的音读字（词）之前促音化（此例较少），如：
独（どっぽ）?摇 ?摇独法（どっぽう）
北方（ほっぽう）北洋（ほっぴょうよう）
3.以“ツ”结尾的音读字（词），在以“カ、サ、タ、パ”行开头的音读字（词）之前促音化。例如：
（1）在以“カ”行开头的音读字（词）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）
脱稿（だっこう） 出国（しゅっこく）
（2）在以“サ”行开头的音读字（词）之前促音化，例如：
散（はっさん）?摇?摇?摇施（じっし）
脱水（だっすい） 石（てっせき）
末（まっせつ） 祖（ぶっそ）
（3）在以“タ”行开头的音读字（词）之前促音化，例如：
一体（いったい）?摇?摇?摇?摇致（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”行开头的音读字（词）之前促音化，例如：
出（しゅっぱつ）?摇?摇?摇?摇 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”结尾的音读字（词）规则基本与上述规则相同。例如：
八丁（はっちょう）?摇?摇?摇?摇 八寸（はっすん）
八画（はっかく）八分（はっぷん）
吉相（きっそう）吉凶（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）
比较特别的是，以“七”作为词头时，仅有七宝（しっぽう）、七珍（しっちん）、七八倒（しってんぱっとう）促音化，“”作为词头时仅有素（しっそ）发生促音化。
上述规则归纳起来，即：以“キ、ク”结尾的音读字（词），出现在其所在行，即“カ”行音开头的音读字（词）之前时发生促音化；以“ツ、チ”结尾的音读字（词）出现在有清浊变化的非浊音行，即“カ、サ、タ、パ”行音开头的音读字（词）之前时发生促音化。
此外还需提及两点：
①当合成词为重叠词时，有一些常常不发生促音化：
沸々（ふつふつ）?摇?摇?摇?摇切々（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）中不发生促音化。
②当合成词后置字（词）为训读时一般不发生促音化，但是也有一些特例，如：
突先（とっさき） 突端（とっぱな）
二、日语外来语中的合成词促音化
这里的外来语词汇指的是以平假名和汉字来标注的词汇。
与促音类似的音素・音的结合，分布在意大利语等的欧洲的一部分，以及朝鲜语、越南语、广东话、闽南语、台湾语等保持有古代中国声调入声的东南亚地区。尽管类似的现象在英语中没有，但是在词源是英文的外来语中，日语也在发音、表记的时候使用了促音。
尤其是原本就是由短元音＋爆破音或是短元音＋摩擦音为词尾的时候，日语以促音＋1音节来表现的情况很多：
ビット ?摇?摇?摇?摇カップ
但是由于日语中没有促音＋浊音的结合，因此这种场合经常变成促音＋清音的结合。
バッグをバック?摇?摇?摇?摇?摇バッジバッチ
ベッドをベット?摇?摇?摇?摇 ?摇レッドソックスをレットソックス
英语中后缀为两个相同的辅音的时候，尽管发音只是其中一个辅音，但是在引进日语的时候还是经常会加入促音：
Shopping――ショッピング
相反，在意大利语等元音中就有类似促音的音的合成的时候，有时候会省略掉促音：
caffe latte――カフェラテ（カフェラッテ、カッフェラッテ）
综合上述，日语合成词的促音化，既有一定的规则，又有一些特例。我在日语教学过程中，如果能结合这些这些规则进行讲授的话，就会有助于学生对词汇的理解和记忆。
参考文献：
［1］沈宇澄.周星现代日语词汇学［M］.上海：上海外语教育出版社，1998.
［2］侯仁锋.日语应试指导笔试篇［M］.西安：西安交通大学出版社，1999.
［3］刘耀武等.现代日语词汇学教程［M］.上海：上海译文出版社，1993.
［4］新日汉辞典.沈阳：辽宁人民出版社，1979.
碳化硅陶瓷范文3
关键词烧嘴砖，碳化硅材质
1引言
我们所说的烧嘴砖，也就是烧嘴的燃烧室，国外也称之为烧嘴芯，它的结构的设计和材质的选用是辊道窑设计中至关重要的一环，其形状和材质影响着辊道窑的使用性能和寿命，影响着窑炉的保温性能和断面温差的大小，而目前人们仅把目光盯在烧嘴上，烧嘴砖的选用并未引起窑炉设计者和陶瓷企业管理者的高度重视，因此，笔者认为有必要对此进行讨论。
2烧嘴砖的重要性
（1） 烧嘴砖直接影响窑炉的使用性能。烧嘴砖是烧嘴的燃烧室，烧嘴喷出的火焰在燃烧室内燃烧，它的形状和出口尺寸决定了火焰的形状及喷出速度，而这些因素直接影响着窑炉断面温差及产品质量，目前很多窑炉设计的失败均源于烧嘴砖设计的不合理所造成。
（2） 烧嘴砖直接影响窑炉的保温性能。在一个2m多长的窑段上安装有8只烧嘴，并且烧嘴砖的长度约等于窑墙厚度，它的体积大小、实体重量以及材料的导热系数，都直接影响到窑炉的保温性能。目前有很多窑炉的保温性能不好，有一部分原因是因为使用了体积笨重的烧嘴砖。
（3） 烧嘴砖直接影响窑炉的寿命。烧嘴砖损坏如不及时处理，可直接威胁到窑墙，使窑墙坍塌，缩短窑炉的寿命。
3目前烧嘴砖的选用存在的问题
（1） 只注重成本，不重性能。普通烧嘴砖价格当然便宜，其价格大约是碳化硅材质的四分之一，但其使用性能相比碳化硅材质可就差远了。
（2） 热工操作人员对因烧嘴砖的选型而影响窑炉保温性能的程度没引起高度的重视。目前国内很多窑炉公司的烧嘴砖材质均选用重质高铝，从使用寿命来说，如果使用气体燃料，用得好的话寿命也可以达3年。但是从保温好坏的角度来看，这种烧嘴砖效果不理想。这种烧嘴砖的断面尺寸为185mm×185mm，长度与窑墙厚度相当，大约420mm左右，每块这样的砖大约重30kg，热容较大，散热严重。
（3） 烧嘴过桥砖很容易损坏。砌筑这么大的一块砖，在窑墙上要给它留空间，我们在搞窑炉维修时都知道这个空间的过桥砖很容易损坏，因此在维修窑炉时，修复过桥砖占工作量的比重很大。
（4） 重质高铝材料的烧嘴砖更换困难。正常生产时如想更换这种烧嘴砖时，窑炉需降温到900℃以下，更换一个需耗时40min以上。
4碳化硅材质烧嘴砖的优点
（1）重量轻、热容量小。每个碳化硅烧嘴砖重1.75kg，仅相当于高铝砖材质的十七分之一，我们知道耐火材料热容量与重量成正比，所以它的热容量远远低于高铝砖，保温性能优势明显。
两种烧嘴砖的外形和重量比较见图1和图2。
（2） 窑墙整体性好，窑墙保温好。因为碳化硅烧嘴砖的安装孔是用建筑用钻头直接在砌好的整体墙上打圆孔，所以砌筑时不用预留方孔和过桥砖，整体性很强，因此窑墙保温性也好。
（3） 不用过桥砖，减少维修量。因为安装烧嘴砖的孔是圆孔，不用过桥砖，与使用高铝材料的烧嘴砖相比，大大减少了因过桥砖易断裂而产生的维修量。
（4） 更换容易。因为碳化硅质量轻、安装简单，所以更换容易，几分钟就可完成，正常生产时也可更换，不需降温。
（5） 寿命长，如果选材和施工不出差错，寿命可达5年以上。
（6） 容易调节窑炉温差，可提高产品质量。因为碳化硅烧嘴砖可做成调温烧嘴砖，更换又很容易，所以给生产带来很大的便利。生产时如发现因断面温差使产品产生了色差或尺差，可视其严重程度，在适当的区域交差换上适当数量的调温烧嘴砖，即可解决问题，且效果相当明显。
从以上的分析可以看出，碳化硅材质烧嘴砖，无论从保温性能、结构特性还是更换维修、对窑炉断面温差调整上都要比高铝砖好得多。当然成本上要比高铝砖高一些，大约是高铝砖的5倍左右，一条200m长的窑炉，成本大约高出8万元左右，但从长远考虑还是值得的。西方国家的窑炉公司近些年选用烧嘴砖的材质均为碳化硅，而在90年代时他们使用的还是高铝材质的烧嘴砖。而在我们国家，因为窑炉行业的恶性竞争，大多数窑炉公司为了降低成本而不愿意选用碳化硅材质的烧嘴砖，国内陶瓷厂的一些老板对烧嘴砖的利弊也不太了解，在购买辊道窑时对此没有概念、没有要求，所以使得我们国家的辊道窑在这方面迟迟得不到进步。
碳化硅陶瓷范文4
关键词 氮化硅晶须，结构性能，制备方法，应用现状
1引 言
晶须是在人工控制下生长的一种高强度胡须状单晶体。其直径小，纯度高，没有或很少有内部缺陷，强度和模量接近于理想晶体的理论值。因此，晶须增强的复合材料具有达到高强、高韧的潜力，因而受到高度重视。
近年来，关于碳化硅晶须的研究较多，但氮化硅晶须相对于碳化硅具有更加优良的耐高温、高强度、高模量、低膨胀和良好的化学稳定性[1]，其作为轻金属、玻璃和陶瓷的重要增强组元日益受到重视[2]。本文在介绍晶须生长机制的基础上分析了氮化硅晶须的结构特点及物化性能，介绍了氮化硅的制备方法并阐述了其应用现状，并对其今后的发展作了展望。
2晶须生长机制
晶须是一种特殊的一维晶体，其生长具有特殊性。国内外有关晶须生长机理的报道并不多，同时，针对不同的工艺原料和制备方法，晶须的生长机理更是多种多样。
2.1 VLS生长机制
晶须的VLS生长机制是晶须生长的最重要机制。该机制认为，系统中存在的触媒是气体原料和生成的固体产物之间的媒介。形成晶须的气体原料通过气-液界面输入到小液滴中，小液滴成为含有晶须气体原料的熔体。当熔体达到一定的过饱和度时，便析出晶体，并沉积在液滴与基体的界面上。随着气体的连续供给，晶须连续生长，将小液滴抬起，直至停止生长。最后液滴残留在晶须的顶部，构成VLS机制的晶须形貌。按照该机理生长的晶须，可通过控制触媒液的性质、位置、种类、化学组成等来控制晶须的生长。
2.2 螺旋位错生长机制
当体系中引入杂质时，其螺旋位错的台阶为晶须的成核及生长提供了能量“优惠区”，使得在很低的过饱和度下晶须就能生长，并保持边缘的光滑。因此，按照此机制在用液相法或气相法合成晶须时，常向体系中引入杂质。
2.3 其他生长机制
根据不同的晶须制备方法，其生长机理还会有其他方式，如添加毒化剂限制扩散的液相生长机制、在外场作用下的液相或气相生长、在一定温度梯度场下的蒸发沉积生长（气相沉积）机制等。总之，目前关于晶须的生长理论还不是非常完善与精确，受到其合成原料、制备工艺等的限制。
3氮化硅晶须的结构特点及其物化性能
3.1 结构特点
目前，相对于碳化硅晶须，氮化硅晶须显微结构的研究并不多。氮化硅晶须有2种晶型：α-Si2N3和β-Si2N3。两者都属六方晶系。一般认为α-Si2N3属低温稳定晶型，β-Si2N3属高温稳定晶型。但目前还没有观察到β-Si2N3向α-Si2N3的晶型转变。
在氮化硅晶须生长的过程中，有研究表明其生长具有方向性，且α-Si2N3和β-Si2N3有所差异[3]。α-Si2N3晶须可沿、和方向生长。其中沿方向生长α-Si2N3晶须的一侧有大量的微小结晶体；生长方向为的α-Si2N3晶须的一侧有大量的复合面缺陷；生长方向为的α-Si2N3晶须的中间有芯，两侧有平行于（0001）面的缺陷。β-Si2N3晶须的生长方向为，且晶须中几乎观察不到任何缺陷。
3.2 物化性能[4]
与碳化硅晶须相比，氮化硅晶须具有较高的强度，通常其拉伸强度可达13.8GPa，是碳化硅晶须的5倍。还具有高弹性模量（390GPa）、低膨胀系数和良好的化学稳定性。用氮化硅晶须作为增强体时，晶须性能及要求因基体的不同而不同。
4氮化硅晶须的制备方法
氮化硅晶须的制备方法分气相法、液相法、固相法三种。常用的方法有直接氮化法、化学气相沉积法、碳热还原法、卤化硅气相氨分解法、自蔓延法等。
曹阳等[2]采用等离子体气相反应法制备的无定型氮化硅超细粉末作为原料，通过在1450℃氮气气氛下，2h的热处理，使无定型氮化硅转为α相氮化硅，并生长出α-Si2N3晶须，实验分析证明所得到的α-Si2N3晶须直径为50～200nm，无明显缺陷，其晶体生长方向为。
周建春等[5]采用二氧化碳和石墨为原料分别在1200～1300℃和1250～1400℃流动氮气中制备了α-Si2N3晶须和β-Si2N3晶须。分析发现α-Si2N3晶须表面光滑，有大量缺陷，且有很多分叉晶须；但β-Si2N3晶须的表面光滑，看不到缺陷，分叉的晶须也很少。
Yang W Y等[6]用PTSZ为先驱体制备出梳形和羽毛形的氮化硅晶须，其直径为200～300nm，长度为800～ 1200nm，主干晶须沿向生长，支干晶须沿方向生长。该晶须按照固-液-固机理生长。
5氮化硅晶须的应用现状[4]
晶须强化增韧被认为是解决材料高温韧性的有效方法，既可保持基体材料的主要特色，又通过晶须改善了其性能，而且与连续纤维强化增韧相比，晶须增韧的工艺更为简单，因此，各种先进复合材料对晶须的需要量不断增加。用氮化硅晶须作为增强体时，与碳化硅晶须增强陶瓷基复合材料相类似，复合材料的性能会因基体的不同而不同，也相应就有了不同的用途，广泛应用于航空、航天、机械加工与制造等领域中。
氮化硅晶须与石英玻璃具有良好的物理相容性，其复合材料具有优异的力学性能。采用外加晶须的方法研究氮化硅晶须增强熔石英材料的性能，发现补强后的熔石英材料的热膨胀系数小，具有良好的抗热震性，且热震后的强度较高。但同时又有研究表明氮化硅晶须和石英玻璃在高温下易发生化学反应而使基体严重破坏，妨碍了该材料在高温下的使用。
氮化硅晶须增韧碳化硅陶瓷复合材料中，既保留了碳化硅陶瓷优良的耐高温、抗蠕变、抗氧化、抗化学腐蚀、耐磨等性能，又具有比碳化硅陶瓷更高的强度和韧性，最高使用温度可达1400℃以上，且二者有良好的物理相容性，化学性质相近，界面的结合力较强。但该复合材料界面控制困难，成本高。蔡海荣等[7]利用化学激励燃烧合成了Si2N3/SiC复合粉体，Si2N3形貌以晶须为主，研究表明，加入SiC作稀释剂，可明显降低反应体系的温度，阻止先期生成的Si2N3分解及Si的熔融团聚，有利于反应程度的提高。
氮化硅晶须增韧氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷及玻璃等其它基体的复合材料时，其基体性能都不同程度地得到了改善。氮化硅晶须补强氮化硅陶瓷，由于增强体与基体的同质性，使两者具有很好的物理和化学相容性，材料的复合性能得到较好的发挥[8]。毕玉惠等[9]通过分析粘度、ζ-电位等参数，研究了烧结助剂、分散剂、粘度剂等对含有α-Si2N3晶须陶瓷浆料的粘度的影响，并确定了最佳的工艺参数，制备出具有一定固相含量，流动性和稳定性良好的适合流延工艺的陶瓷浆料。顾建成等[10]采用原位高位生长的方法，利用β-Si2N3增强BAS基体复合材料，发现氮化硅晶须能有效地提高其强度和断裂韧性。
6结 语
晶须作为一种新型的增强材料，因其优良的性能在复合材料中得到了广泛应用。晶须的生长机理研究还不完善，制备技术也有待进一步研究，以提高晶须的产率，适应商品化生产的要求。同时，生产成本也是关注的热点，可从选择廉价的原料入手，促进技术更新，从而充分利用资源，促进晶须增韧复合材料工业的发展。
参考文献
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碳化硅陶瓷范文5
论文摘要本文针对我国走可持续发展道路以及循环经济的战略,分析了废旧磨具的物资状况,提出了废旧磨具的再生技术路线,并探索了废旧磨具再生的市场前景;
1前言
随着社会的发展,资源的有效利用已成为人们日益关注的焦点;资源的获取途径有开采;储备和再生三种;面对全球资源枯竭;国内资源紧张的目前状况,我国必须放弃单纯的储备“原生态”资源的狭窄思路,转而走“再生资源”之路,这也是我国搞循环经济必须面对的一个新问题;和“储备”资源相比,“再生”资源可能是解决目前我国能源困境的一种有效途径;
如何实现废旧物资的再生已成为科研开发的重要课题之一;大批废旧磨具的回收再利用则是磨料;磨具行业的探究热点;
2废旧磨具市场状况
在机械加工行业,由于磨床结构设计;制造和技术方面的要求,磨削加工所用的磨具不可能完全被消耗,总会剩余约占磨具总质量1/3的残留量;另一方面,磨具生产企业由于生产工艺及过程控制不当,往往会产生一些废品(即便控制得当,也会产生大约1%的废品);据统计,我国磨具年产量约20万吨,每年产生的废旧磨具近万吨,虽然一些技术工作者根据自身企业情况对废旧磨具进行了有效利用,但仍有相当数量的废旧磨具被当作垃圾处理掉;
近年来,磨料价格一直居高不下,节约和利废是当务之急;此外,从资源的角度来看,磨具的生产制造所用的基础原料,如铝矾土;石英;长石;粘土等都属于天然矿藏,经长期开采,其资源已相当有限;因此,磨具生产制造行业必须积极寻找新矿源;杜绝资源浪费;发展可再生资源;废旧磨具的再生将是磨具行业技术工作者不容回避的攻关课题;
3废旧固结磨具再生技术
固结磨具由磨料和结合剂两部分组成,经过配料;混料;成形;干燥;烧结或硬化而成;磨料主要包括刚玉系和碳化硅系两大类,是由基础原材料铝矾土;石英等经高温冶炼而成;磨料主要起磨削功能;结合剂主要起粘结磨粒;保持磨具硬度和强度的功能;在磨具制作和使用过程中,磨粒的物理化学性能并没有发生本质的变化,仍然保持其固有特性;当废旧磨具破碎加工后,每个颗粒都包含一定量的磨粒和结合剂,再生磨粒仍可保持其固有的磨粒特性;磨具根据加工工件的工艺要求分成不同类别,在制作过程中所用的磨料材质;结合剂的种类和用量也各不相同;因此,废旧磨具回收后要先分类,再处理摘要:按结合剂种类将磨具分为陶瓷结合剂;橡胶和树脂结合剂三大类;再按磨料材质分为白刚玉;棕刚玉;微晶刚玉;单晶刚玉;铬刚玉;绿碳化硅;黑碳化硅等;不同结合剂的废旧磨具处理方法各不相同摘要:对于树脂;橡胶结合剂的磨具要按磨料材质分类,然后投入焚烧炉焚烧,以便除去树脂;橡胶结合剂,这样处理后磨料性能基本没有变化,仍可按一级磨料被重新使用;陶瓷结合剂类磨具处理方法截然不同;由于陶瓷结合剂是无机化合物,在磨具高温(约1350℃)焙烧过程中玻化,已牢牢附着在磨料表面,很难用简单的物理;化学方法将其分离;但将陶瓷磨具物理破碎后形成的新磨粒,其磨削;自锐性能基本不会改变,因此,可以将陶瓷磨具按磨料材质分类后进行破碎;分级,并对再生磨料进行配方试验,重新制成磨具加以利用;
4废旧磨具再生的应用前景
碳化硅陶瓷范文6
关键词：SiC反射镜 C/SiC复合材料 制备工艺 轻量化
1 引 言
SiC作为反射镜材料具有重量轻、热稳定性好、制备工艺相对简单、成本低、光学加工性能好、光学性能优异等特点，已经成为反射镜的首选材料[1]。目前对SiC反射镜的研制取得了一定的成效，并且已经在一定的范围内得到了应用[2~3]。C/SiC复合材料密度更小，减重效果更好。据悉，目前空间系统的发射费用大于20，000美元/kg。光学系统减轻100kg的重量，有效载荷能减少250～300kg，不但节省了发射费用，而且提高了空间探测器的飞行性能[4]。另外，C/SiC复合材料具有CTE、热导率和机械性能各向同性、抗化学腐蚀、在应力下无老化和蠕变以及成本低、结构可设计等特性。因此，SiC及其C/SiC复合材料被认为是今后反射镜材料的发展重点。本文从SiC及其C/SiC复合材料的制备方法出发，介绍了SiC反射镜镜坯的研究进展。
2 SiC反射镜镜坯制备工艺
SiC反射镜坯体的制备方法很多，目前已经应用或有望应用于制备SiC反射镜镜坯的方法主要包括：常压烧结法、反应烧结法、热(等静)压烧结法、液相硅浸渍法、先驱体转化法和化学气相渗积法等。
2.1常压烧结法
该方法又称无压烧结，是美国GE公司的S. Prochazka[5]在1974年发明的。它是将SiC粉末、有机粘结剂以及适当的烧结助剂充分混合模压形成素坯，具有一定强度的素坯经过相应的机械加工做成所需的形状，最后在一定温度及常压下烧结。由于SiC的扩散活化能极低，纯SiC粉末的烧结是十分困难的，需要的温度也很高(>2000℃)。一般来说，常压烧结SiC都要加入一定量的烧结助剂如B、C、B4C、Al2O3、MgO、Y2O3等。烧结助剂的作用是提高界面或体积扩散能，或者在一定温度时产生一定量的液相，从而降低烧结温度，提高致密度。采用常压烧结法得到的SiC材料为均匀单相材料(主要为α相)，工艺简单、成本低，易获得形状复杂的产品。但相对而言，烧结温度高，对设备要求也较高，而且采用常规的常压烧结法获得的碳化硅材料坯体收缩较大(15%~20%)，难以达到完全致密(通常致密度为96%～98％理论密度)，从而导致抛光精度不高，表面存在大量的气孔缺陷[6]，通常需要进行表面改性。而且当SiC部件大型化时，常压烧结法对设备的要求较高，烧结过程需精确控制。
法国的Boostec公司是目前世界上最大的采用常压烧结法制备SiC反射镜的公司，形成了一套完整的制备SiC轻质反射镜的工艺，包括反射镜坯体的烧结、加工和全SiC太空望远镜系统结构件的焊接等[2~7]。该公司制备的SiC材料致密度>96.6%、密度为3.10～3.19g/cm3，成分为:SiC>98.5wt%、B
日本的Mitsui Zosen/Nikon和Toshiba Ceramic/Canon分别制备了常压烧结SiC＋CVD SiC涂层的反射镜[15]，尺寸为800mm×50mm和1000mm×140mm，表面涂覆Pt后粗糙度分别为3.1?和5.3?。日本物理化学研究所测试结果显示，这两种镜片都适用于同步辐射加速器的高热载荷、高辐射的工作状况。
我国科学院上海硅酸盐研究所采用常压烧结法制备SiC反射镜取得了重要进展[16]。目前已经制备出直径520mm的SiC反射镜，经过表面镀Ag后，在可见光区域的反射率达95％以上。
2.2反应烧结法
反应烧结法制备SiC的研究是一个比较成熟且具有较长发展历史的工艺。它是由美国Carborandum公司的P. Popper等[17]研制的。反应烧结法是目前国内外报道最多、最为常见的SiC镜坯的制备方法。按起始素坯中是否含有SiC颗粒，可将反应烧结碳化硅分为反应结合碳化硅(reaction-bonded silicon carbide)和反应形成碳化硅(reaction-formed silicon carbide)。反应结合碳化硅工艺采用熔融的具有反应活性的Si与素坯中的C反应生成新的SiC。新生成的SiC原位地结合素坯中的原有的SiC颗粒，并逐渐填充剩余的孔隙，最后得到近乎完全致密的SiC材料。这种方法制备的反应烧结碳化硅中一般含有粗大的碳化硅颗粒，且自由Si的含量较高。但是此种方法工艺过程简单，且成本较低。反应形成碳化硅是指素坯中只含有C，这种多孔C的素坯与Si反应从而得到SiC材料。采用此法制备的SiC，其显微结构比反应结合法均匀。缺点在于制备过程较复杂、成本较高，且在热裂解的过程中有大量的气体放出，素坯易开裂，较难制得大尺寸的制品。
反应烧结SiC的优点为：工艺简单、烧结时间短；烧结温度和成本远低于常压烧结和热(等静)压烧结SiC；可以实现近净尺寸烧结，避免后续加工，适于制备形状复杂的产品；SiC材料近乎完全致密。缺点是由于反应受扩散范围的影响导致部分Si反应不完全，因此生成物中残留有游离Si，含量一般为8％～12％，从而造成产物中存在两相结构(SiC＋Si)。当样品直接抛光时，由于SiC和Si的硬度不同，导致SiC和Si的抛光速率不同，难以获得高质量的光学面形，导致表面缺陷相的不均一[18~19]。要获得较好的光学加工表面，通常也需要进行表面改性。
由于反应烧结法简单易行，因此国内外大多采用此方法制备反射镜坯体。美国的Xinetics公司[20~23]从20世纪80年代初开始从事SiC反射镜的制备。90年代中期成功研制出一种CERAFORM品牌的反应烧结SiC。该公司生产的SiC反射镜直径为500mm、面密度为20kg/m2，抛光后表面粗糙度为λ/15(λ＝632.8nm)，经过低温测试，面形变化为0.027μm。同时，还制备了直径为1m、面密度为30kg/m2的后开式的CERAFORM轻质SiC反射镜。目前，该公司正着手研制直径为1.7m和2m的SiC反射镜。
美国的SSG(Science Software Group)公司[24~29]所研制的反应烧结法制备的SiC反射镜已经应用于MICAS(Miniature Infrared Camera and Spectrometer )太空望远镜和ALI(Advanced Land Imager)太空望远镜等。这两种太空望远镜都是美国NASA的NMPDS-1(New Millennium Program Deep Space-1)项目的重要部分。MICAS望远镜孔径为10cm、质量为2.8kg，整个系统均由RB SiC组成。其中SiC反射镜的PV值为0.7λ、RMS为0.13λ (λ＝632.8nm)。低温测试显示，该RB SiC反射镜具有极好的热稳定性。而ALI太空望远镜的主反射镜和三级反射镜也采用RB SiC材料，主反射镜直径为12.5cm、面形精度
美国的Litton Itek公司和HDOS(Hughes Danbury Optical Systems)公司采用反应烧结SiC材料制备轻型反射镜。Litton Itek公司的Robert S. Breidenthal等[31]采用反应烧结法制备了尺寸为1125mm×825mm的SiC反射镜。抛光后面形精度为λ/20(λ＝632.8nm)、表面粗糙度为3nm，并通过了低温(4K)测试[32]。HDOS公司[33]采用反应烧结法制备的后开式结构的RB SiC反射镜，尺寸为1.1m×0.8m、重量为27kg，且已在坯体上得到了小于1nm的光学表面。
俄罗斯的研究主要以空间光学研究院(S. I. Vavilov State Optical Institute)为主。该院研制出的Sicar材料，它是以SiC和Si组成的两相材料，抛光后可获得10～20 的表面粗糙度。该研究院采用Sicar材料制备的三镜片去象散望远镜[34]的主反射镜直径为630mm、质量仅为13.5kg；而二级反射镜直径为160mm、质量为0.65kg。Paul Robb等[35~36]对采用Sicar材料制备的直径为170mm的蜂窝结构的反射镜以及308mm×210mm的后闭式结构的反射镜进行了低温(6K)测试，其结果显示：由室温降至液氦(6K)温度时，其反射镜没有发生形状扭曲和滞后的现象，面形精度的变化也处于误差范围之内，为±0.02λ～±0.04λ(λ=632.8nm)。
日本在采用反应烧结法制备SiC反射镜方面的研究发展十分迅速。由Toshiba和 NEC-Toshiba Space Systems联合开发的NT-SiC材料采用反应烧结法制得[37]。这种材料在烧结过程中收缩率
国内采用反应烧结法制备SiC反射镜的有哈尔滨工业大学、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所和中国科学院光电技术研究所等。哈尔滨工业大学的张宇民等[39~40]采用反应烧结法制备SiC反射镜，已经制备出直径从160～650mm的具有轻量化结构的反射镜，轻量化率可以达到70％、面形精度
2.3热(等静)压烧结法（HP）
热压烧结法是由美国Norton公司的R. A. Alliegro等[46]在20世纪50年代中期研制的。其主要方法为：把SiC粉料和烧结助剂混合后放入一定尺寸的模具(通常为石墨模具)中，通过施加单向压力或等静压力烧结。此法获得的SiC材料属于均匀单相材料(主要为α相)。样品收缩率比常压烧结的小，致密度相对较高(>98%理论密度)，具有优异的机械力学性能。其光学加工精度较常压烧结法制备的SiC高。与反应烧结法和化学气相沉积法相比，HP SiC热导率要低，热膨胀系数略高。HP SiC最主要的缺陷是样品形状单一。另外，HP SiC用作反射镜材料时，需要结合SiC材料的封接技术，封接技术的采用会带来界面应力和形变等一系列新的问题。
Cercom公司的研究者以Al基复合材料作为烧结助剂，采用热压烧结工艺制备出显微结构均匀、尺寸为50cm2的SiC烧结体，经过抛光后表面粗糙度仅为0.875nm。另外，该公司研制的HP SiC的粘接技术也相当成熟，这为HP SiC材料制备形状复杂的反射镜提供了保证[47]。
美国的SSG公司[48~49]为NASA的GEO计划制造的轻量化扫描反射镜，采用热压烧结SiC为镜坯，尺寸为0.5×0.3m，重量为2.2kg，表面抛光后粗糙度仅为5?。后又在HP SiC表面涂覆Si涂层，为美国国防部高级研究计划署(ARPA)和NASA提供偏轴三镜片去象散可见光望远镜，重量为14kg，并通过了低温测试[50~51]。后又为法国阿尔贡国家同步辐射实验室提供了表面粗糙度为2～4?的HP SiC冷却镜，并通过了热性能和真空兼容性的测试[52]。
2.4液相硅浸渍法(LSI)
液相硅浸渍法是将短切C纤维或碳毡用酚醛树脂或其它裂解C先驱体真空浸渍，干燥固化后，在1000℃左右裂解，然后将裂解后的样品在2100℃左右的真空炉中石墨化后得到C/C复合材料。然后将C/C复合材料置于高温真空炉中，固体Si在1600℃下熔融成液态Si，通过多孔C/C坯体中的气孔的毛细作用渗透到坯体内部与C基体反应得到C/SiC复合材料。
其优点是通过C/C材料液相渗硅后的连接作用，可以制备出大尺寸、形状复杂的结构组件，工艺时间短，材料来源广泛，可以近净尺寸成形，成本较低。其缺点是熔融Si会与C纤维发生反应导致C纤维性能的下降。同时，C/SiC复合材料中残余的游离Si也会导致复合材料抗蠕变性能下降。
德国Donier公司[53~54]采用该法制备的C/SiC复合材料商品名为Cesic，该材料力学性能和热学性能较好，被用作轻质反射镜的镜坯材料。反射镜的尺寸不一，直径从150mm到1000mm的都有。如制备的直径为630mm的空间望远镜主镜，重量仅为4kg。
日本发射的SPICA空间望远镜主镜除了采用直径3.5m的Sintered SiC反射镜外，其它的次镜和结构支撑件均采用C/SiC复合材料，并且已经制备出直径为160mm的球面镜，坯体直接抛光后表面粗糙度优于20nm[55~57]。
美国MER公司的W. Kowbel等[58]采用此法制备出的C/SiC复合材料，热膨胀接近于零。他们已经制备出了两款直径为0.5m的反射镜，面密度分别为2kg/m2和3kg/m2，分别用于红外和可见光波段。
2.5先驱体转化法(PIP)
先驱体转化法又称聚合物浸渍裂解法或先驱体裂解法，它是近年来发展起来的一种纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺。该工艺是将SiC粉末和先驱体(通常是聚碳硅烷，PCS)混合，制成一定形状的素坯，然后在一定温度下裂解，这时PCS将转化为SiC，重复浸渍-裂解工艺以提高样品的致密度。
其优点是制备的反射镜坯体的最终密度以及加工过程可以控制，这就为镜坯的轻量化及后续加工提供了保障；该工艺过程简单，对设备要求不高；可以制备形状比较复杂的异形构件；裂解时温度低，材料制备过程中对C纤维造成的热损伤和机械损伤比较小。其缺点是由于高温裂解过程中有小分子溢出，材料的孔隙率高，很难制备出完全致密的材料；且从有机先驱体转化为无机陶瓷过程中材料体积收缩大，收缩产生的内应力不利于提高材料的性能；这种材料由于表面孔隙率较大，在表面进行CVD SiC涂覆前，必须进行致密化封孔[59]。另外，为了达到较高的致密度，该材料必须经过多次浸渗和高温处理，制备周期较长。
国防科技大学[60]在采用PIP法制备C/SiC反射镜方面已经进行了一系列的研究，目前已经制备出225mm×165mm的椭圆反射镜，表面涂覆CVD SiC抛光后表面粗糙度仅为0.372nm。
2.6化学气相渗积法(CVI)
化学气相渗积法是在纤维预成形体上通过化学气相反应沉积SiC基体来制备C/SiC复合材料的一种方法，它是目前商业化制备C/SiC复合材料的唯一方法。该方法的特点是可以实现近净尺寸成形。采用该法制备的C/SiC复合材料性能优异，可以实现功能梯度设计。缺点是制备的C/SiC复合材料致密度较低，只能用于镜坯材料，需要进行表面改性处理，而且工艺周期长，对设备要求高，目前这方面的工作仍处于探索阶段。
除了上述方法外，另外还有采用泡沫SiC作为反射镜镜坯[61~62]、POCO公司的C转化成SiC作为镜坯等[63~64]方法。但是不论采用何种方法制备镜坯，主要都是为了达到轻量化的目的。要达到真正的使用要求，必须对其表面进行适当的改性。
3 展 望
近年来，由于SiC其热变形量低、稳定性较好等优点，适合于空间光学系统的应用，是一种具有广阔前景的反射镜材料。但随着反射镜向轻量化(C/SiC复合材料作为镜坯)和大型化方向发展，要制备一个纯SiC的反射镜，仅依靠机械加工来获得较好的表面光洁度是比较困难的，因此，在镜坯表面涂覆一层涂层已越来越成为趋势和可能。目前，常用的方法是采用CVD法在镜坯表面沉积一层SiC涂层，抛光后能够获得较满意的表面光洁度。但是CVD法的工作温度过高、沉积速率慢、难以大型化和成本过高等缺点限制了CVD法的应用。要想彻底摆脱涂覆涂层这一道工序，必须解决以下两个方面的问题：一是寻找合适的烧结助剂，使得SiC镜坯能够完全烧结致密；二是通过开发新的连接技术，使得小尺寸的SiC材料能够成为大尺寸的SiC反射镜镜坯，实现SiC反射镜镜坯的大型化。如能解决以上两个问题，SiC材料用作反射镜镜坯必将实现质的飞跃。
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