碳化物陶瓷及其复合材料

碳化物陶瓷及其复合材料在特种陶瓷领域，碳化物是一种最耐高温的材料。它常以通式MexCyｙ来加以表示。碳化物陶瓷种类很多，大体上可划分为类金属碳化物和非金属碳化物两种。从晶体材料结构特点进行分类时，一类如TiC、ZrC、VC、WC、SiC、B4C等属于较简单结构的碳化物。而另一类如Fe3C、Cr7C3、Cr3C6等则属于较复杂的结构。相比较而言，属简单结构的碳化物陶瓷较为稳定，具有很高的熔点和硬度，所以现在研究与开发应用比较广泛、个别品种成为热门产品。结构比较复杂的碳化物，在稳定性上较差，熔点与硬度稍低，目前在应用方面意义不大。不过它们属于一般钢铁中重要的强化相，而且以各种复杂的相存在。譬如：（Fe、Mn）3C、（Fe、Cr）3C、（Fe、Cr）7C３、（Fe、W）6C、（Fe、Mo）6C等等。对于钢铁合金制品的改良与开发新品种具有一定意义。我们常讲的碳化物高温结构陶瓷，通常指SiC、B4C、TiC、WC、ZrC、Cr3C2等及其复合物材料。碳化物陶瓷最主要的特性之一是具有高熔点。例如碳化钛（TiC）熔点高达3460℃，碳化钨（WC）为2720℃、碳化锆（ZrC）为3450℃、碳化硅（SiC）的气化点为2600℃。可以说基本上所有的碳化物陶瓷的熔点都很高。除熔点很高外，碳化物陶瓷还具有较高的硬度。碳化硼硬度仅次于金刚石与立方氮化硼，属于最硬的材料，其显微硬度达到4950kg／mm2、碳化钛为3200kg／mm2、碳化硅为3000kg／mm2。碳化物陶瓷还具有良好的导电性、导热性及良好的化学稳定性。几乎大多数碳化物陶瓷在常温下不与酸反应。极少数碳化物即使加热亦不同酸起化学反应。结构最稳定的碳化物陶瓷甚至于不受硝酸与氢氟酸混合酸的腐蚀，成为陶瓷材料中耐磨蚀的佼佼者。鉴于以上各种独特的优良性能，碳化物陶瓷作为耐热材料、超硬材料、耐磨材料、耐腐蚀材料，在尖端科学及工业领域应用前途非常广阔。其中象碳化硅陶瓷已经实现批量生产，早已运用在各个领域。碳化硅（SiC）为一种典型的共价键结合的化合物，它在自然界中不存在，属于人工合成制造的陶瓷材料。由于碳化硅的超常硬度，最初应用于各种磨削工具、如砂轮、砂布、砂及各种磨料，在机械行业材料加工与磨削时大量使用，后来又作为钢铁冶炼中的还原剂与加热元件。从而又发现它还有高温热稳定性、高热传导性、耐酸碱腐蚀性、低膨胀系数、抗热震好等等一系列的优良性能。在70年代中期，美国科学家首先成功以亚微米级的β—SiC和少量硼、碳添加剂为原料，通过无压烧结工艺技术，成功制作出致密碳化硅陶瓷。后来，碳化硅烧结成陶瓷材料，制作成各种陶瓷部件取代原金属部件获得成功。我国80年代许多单位都能生产碳化硅陶瓷制品，其中利用反应烧结法制成的精密陶瓷碳化硅密封环、圈、垫及烧成用喷嘴等，获得广泛应用，如用作汽车、潜艇、化工、石油等行业的碳化硅密封圈在解决油封、液体密封方面取得非常好的效果。利用碳化硅结合氮化硅制造陶瓷发动机的研究亦有突破性进展。