无压烧结碳化硅陶瓷环的生产工艺设计

北方民族大学课程设计报告

系（部、中心）材料科学与工程学院姓名学号

专业

同组人员

课程名称

设计题目名称

起止时刻

成绩

指导教师签名

北方民族大学教务处

目录

1 产品简介 (1)

1.1 碳化硅陶瓷的进展情况 (1)

1.1.1 碳化硅行业进展现状 (1)

1.2 SiC结晶形态和晶体结构 (2)

1.3 氮化硅陶瓷的用途 (2)

1.4 本方案的目的及意义 (3)

2 工艺概述 (3)

2.1 SiC原料的制备 (3)

2.1.1 原料配方 (3)

2.1.2 浆料的制备过程 (4)

2.1.3 喷雾造粒 (4)

2.2 碳化硅陶瓷的成型 (4)

2.2.1 钢模压制成型 (4)

2.3 碳化硅陶瓷的烧结 (4)

2.3.1 SiC陶瓷烧结特点 (5)

2.3.2 添加剂的作用 (5)

2.3.3 SiC的烧结方法 (6)

2.4 加工方法要求 (10)

2.4.1 砂轮的选择 (10)

2.4.2 磨削参数的选择 (10)

2.4.3 冷却液的选择及加工 (11)

3 生产技术要求 (11)

3.1 SiC粉体的制备技术要求 (11)

3.2 喷雾造粒的技术要求 (11)

3.3 坯料的成型技术要求 (12)

3.3.1 成型方法要求 (12)

3.3.2 干压成型工艺参数操纵 (13)

3.4烧结技术要求 (13)

4 生产设备 (14)

4.1 生产设备的选择 (14)

4.2 设备详述 (14)

4.2.1 三维混料机 (14)

4.2.2 喷雾干燥机 (16)

4.2.3 干压成形机 (18)

4.2.5 抛光机 (20)

4.2.6 HZ-Y150型周密卧轴矩台平面磨床 (21)

4.2.7 显微硬度计 (22)

5 SiC陶瓷性能检测及结果分析 (24)

5.1 SiC陶瓷原料 (24)

5.1.1 粉料性能检测 (24)

5.1.2 结果分析 (24)

5.1.3 SiC陶瓷环的性能 (26)

6 参考文献 (28)

7 小结 (29)

1 产品简介

1.1 碳化硅陶瓷的进展情况1.1.1 碳化硅行业进展现状

中国是碳化硅（SiC）的生产大国和出口大国，2009年碳化硅总产量达53.5万吨左右，占全球总数的56.3%，居世界第一。我们可能，2010年截止9月份仅绿碳化硅产量就将达到80万吨。碳化硅行业产量大，但缺乏竞争力。尽管产量足够供应，中国制造的碳化硅产品大部分是低端和初步加工，关于某些需求供应高附加值的成品和深加工产品存在专门大的差距。尤其是高性能工程陶瓷、用以高端的研磨粉等产品的供应还远远没有满足，核心技术大多仍由日本操纵。要紧依旧靠进口弥补国内市场的不足。随着传统矿物质能源日益枯竭，以太阳能电池为代表的光伏产业得到迅速进展。据我国正在制定的《新兴能源产业进展规划》显示，到2020年可再生能源消费占一次能源消费中的比例要达到15%，光伏产业进展趋势总体呈现稳中有升。碳化硅是光伏产业链上游环节——晶硅片生产过程中的专用材料，受光伏行业进展的带动，碳化硅行业通过产品结构升级和下游需求的扩展带来了一些机会。尽管如此，由于碳化硅生产属于高耗能、高污染，受到能源短缺的阻碍和国家能源节约的政策阻碍，还有一些具体审查和批准新项目受到闲置，比如低电价优惠的有关政策差不多被取消；目前国家严格操纵新项目，原有6300KVA以下规模的碳化硅冶炼要求强制关停。因此碳化硅行业的以后进展将面临专门多

不确定性。

1.1.2 碳化硅行业展望

碳化硅行业要解决进展中资源、环境等方面的压力，应该着眼于技术引领行业进步。在碳化硅生产中，关注生产制造的绿色、低碳化。依靠技术升级，提高生产规模，利用规模优势降低单位能耗；注重生产过程中如碳化硅回收、粉尘处理、水的循环再利用等，降低资源利用。依照我们预测，可能2010年，市场对绿碳化硅块需求量将突破120万吨。耐火材料和磨料磨具是碳化硅的传统低端应用领域，附加值低，碳化硅本身用途极为广泛，加强其新用途、新应用市场的开发，拓宽经营思路，是碳化硅行业今后健康进展的必由之路。

1.2 SiC结晶形态和晶体结构

碳化硅是共价键特不强的化合无，其晶体结构的差不多结构单元是SiC4和SiC4配位四面体，通过定向的强四面体SP键结合在一起，并有一定程度的极化。Si的电负性1.8，C的电负性为2.6，由此能够确定Si-C键的离子键性仅占12%左右。四面体共边形成平面层，并以定点与下一叠层四面体相连形成三维结构，由于四面体的堆积次序的不同，能够形成不同的结构，至今已发觉几百种变体，常见的晶型有六方晶系的α－Si和立方晶

系β－SiC。α－Si有上百种变体，其中最要紧的是4H、6H、15R、

等。4H、6H属于六方晶系，在2100℃和2100℃以上是稳定的；

15R-SIC为菱面（斜方六面）晶系，在2000℃以上是稳定的。(H

和R代表六方和斜方六面型)。β－SiC只有一种，属立方晶系，

密度为 3.215g/cm3 。β－SiC在2100℃以下是稳定的，高于2100℃时，β－SiC开始转变为α－Si，转变速率专门慢，到2400℃转变速率迅速，这种转变在一般情况下是不可逆的，在2000℃以下合成的SIC要紧是β－SiC，在2200℃以上合成的要

紧是α－Si，而且以6H为主。

1.3 氮化硅陶瓷的用途

表1-1 碳化硅陶瓷的要紧用途

工业领域使用领域要紧用途性能特点

石油高温液高压摩擦喷嘴、轴承、阀片、密闭件耐磨损抗腐蚀化学强酸强碱氧化高温密封件、轴承、泵套筒管道耐磨损、抗腐蚀

宇航高温燃烧室部件、涡轮转子燃气机叶

片、火箭喷嘴、火箭燃烧室内衬低摩擦、高强度、耐热冲击、高热稳定性耐腐蚀

汽车油摩擦阀系列元件低摩擦、耐磨损钢铁高温空气燃烧嘴耐高温、耐腐蚀造纸纸浆废液纸浆密封件、轴承、套筒低摩擦、耐磨损

耐腐蚀

电子散热集成电路基板、封装材料高热导、高绝缘机械研磨滑动旋转内衬泵零件、喷砂嘴、轴承阀耐磨损、耐腐蚀、