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碳化硅逆袭 超硬材料磨抛领域或受挑战

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2013-12-11 15:24:00

立方碳化硅又名β-Sic,属立方晶系(金刚石晶型)。β-Sic的莫氏硬度为9.25--9.6,与金刚石接近,光洁度及抛光性能远超白刚玉和α-Sic(黑碳化硅和绿碳化硅);在1600℃以上温度时β-Sic仍具有超高的强度和优异的抗蠕变、抗断裂性能;作为半导性材料,β-Sic比α-Sic的导电性高几倍;β-Sic具有优良的热导率和低膨胀系数,使得其在加热和冷却过程中受到的热应力很小;β-Sic属于低温晶型,超过1800℃时可发生晶型转换;在比重方面,β-Sic比大多数合金小一半,为钢的40%,与铝大致相同。

  β-Sic生产方式目前主要有三种:激光法、等离子法和固相合成法。前两种工艺主要合成的为纳米及亚微米粉末,且由于合成时间短,无法做到颗粒的真正致密,且颗粒纯度相对不高;固相合成法目前工艺方式较多,但都具有一定技术难度,就目前国际行业调查来看,真正做到高结晶、高纯度、批量化的全球范围只有陕西西科博尔一家企业做到,并已进入市场多年,其他厂家大多停留在理论或实验阶段,产品大多存在β相含量不高、产品杂质多、难以批量生产等多项缺点。
  β-SiC微粉有很高的化学稳定性、高硬度、高热导率、低热胀系数、宽能带隙、高电子漂移速度、高电子迁移率、特殊的电阻温度特性等,因此具有抗磨、耐高温、耐热震、耐腐蚀、耐辐射、良好的半导电特性等优良性能,被广泛应用于电子、信息、精密加工技术、军工、航空航天、高级耐火材料、特种陶瓷材料、高级磨削材料和和增强材料等领域。其应用范围主要分为以下几类:

  由于β-Sic具有金刚石结构,颗粒呈类球形,具有超耐磨耐腐蚀,超导热,低膨胀系数等特点,使其在特殊涂层中有着良好的应用。将β-Sic超细粉镀到普通材料上,其耐磨寿命会大幅提高,比如普通碳钢的钻头钻10mm钢板,钻1-2个孔便出现损坏情况,而涂有β-Sic的钻头性能可超过合金钻头,可以钻20~50个孔。铝合金活塞在汽缸中大量往复运动,很容易磨损,涂覆β-Sic材料后能够使活塞寿命提高30-50倍。

  作为精密研磨抛光材料,β-Sic比白刚玉和α-Sic研磨效率高很多,而且能大幅提高产品光洁度。目前市场上用金刚石做研磨抛光材料较多,其价格是β-Sic的几十倍甚至几百倍;但β-Sic在众多领域中的研磨效果不亚于金刚石,甚至磨不锈钢、硅片、玻璃的光洁度优于金刚石,价格却是金刚石的几十分之一倍。

  用白刚玉做的油石、研磨盘广泛用于不锈钢类研磨行业,其抛光性能相对较高,产品使用寿命短;而利用β-Sic做成的研磨材料(油石、研磨盘等),具有光洁度高、磨削力强、寿命长的优势。比如用白刚玉做的油石抛光轴承,用β-Sic做的油石替代后,光洁度能提高2-3个等级,产品寿命提高5-8倍,而且能大幅降低更换油石次数,从而减少劳动强度、提高生产效率。β-Sic做的研磨膏、研磨液、高精密砂布砂带及超耐磨涂层也有着良好的应用前景。
 

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