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碳化硅陶瓷管的特点及结构与碳化硅陶瓷基复合材料的性能特点

发布日期:2019-09-20 点击次数:165
碳化硅陶瓷管 耐高温且高温环境下强度很高,被广泛运用在国计民生领域,碳化硅陶瓷管 是共价键很强的化合物,其Si--C键的离子型仅12%左右,因此,它也具有优良的力学性能、优良的抗氧化性、高的抗磨损性以及低的摩擦系数等。
碳化硅陶瓷管的最大特点是高温强度高,普通陶瓷材料在1200 ~ 1400摄氏度时强度将显著降低,而碳化硅在1400摄氏度时抗弯强度仍保持在500 ~600MPa的较高水平,因此其工作温度可达1600 ~ 1700摄氏度。
碳化硅陶瓷管具有优良的力学性能、优良的抗氧化性、高的抗磨损性以及低的摩擦系数等。
碳化硅陶瓷管的晶体结构:
碳化硅主要有两种晶体结构,即立方晶系的β- SiC和六方晶系的 - SiC。
碳化硅晶体的基本结构单元是相互穿插的SiC和CSi四面体。四面体共边形成平面层,并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维结构。由于四面体堆积次序的不同可以形成不同的结构,已发现数百种变体。一般采用字母C(立方)、H(六方)、R(菱方)米表示其晶格类型,并用单位晶胞中所含的层数以示区别,例如nH表示沿c轴有n层重复周期的六方晶系结构,而mR则表示沿c轴有m层重复周期的菱面体结构。
碳化硅是在高温下合成的,所以碳化硅陶瓷管也多是在高温下制备或者在高温下使用。
如果只作较粗略计算时,碳化硅的平均热膨胀系数在25~1400℃范围内可以取4.4×10-6/℃。碳化硅的热膨胀系数测定结果表明:其量值与其他磨料及高温材料相比要小得多,如刚玉的热膨胀系数可高达(7~8)×10-6/℃。SiC的导热系数很高,这是碳化硅陶瓷管物理性能方面的另一个重要特点。
它的导热系数比其他耐火材料及磨料要大的多,约为刚玉导热系数的4倍。所以,碳化硅所具有的低热膨胀系数和高导热系数,因此碳化硅陶瓷管在加热及冷却过程中受到的热应力较小,这就是碳化硅陶瓷管抗热震性特别好的原因。
碳化硅陶瓷基复合材料是指在碳化硅陶瓷基体中引入碳化硅纤维作为增强材料,形成以引入的碳化硅增强纤维为分散相,以碳化硅陶瓷基体为连续相的复合材料。它的性能特点有哪些呢?
碳化硅陶瓷基复合材料保留了碳化硅陶瓷耐高温、高强度、抗氧化、耐腐蚀、耐冲击的优点,同时兼具碳化硅纤维增强增韧作用,克服了碳化硅陶瓷断裂韧性低和抗外部冲击载荷性能差的先天缺陷。这种材料可以在1316°C的高温环境下保待其理化特性不退化。当碳化硅材料表面喷有热障涂层时,其最高工作温度可继续增加至1480°C。
 尽管现代商用发动机涡轮前温度可达1650°C,额外的170°C温差仍需采用压气机引气冷却来弥补,但这一引气量相比使用传统高温合金材料的叶片已大为减少。据初步计算,采用耐温1480°C的CMC材料高压涡轮叶片可使发动机燃油消耗率降低6%。同时,采用CMC材料制成的燃烧室高温衬垫所需的冷却气量也大幅减少,进而降低冷却空气同燃油掺混后不完全燃烧生成氮氧化物的机会,其氮氧化物的减排潜力可达33%。
 碳化硅陶瓷基复合材料的研究较为广泛,其使用温度可达1450℃,高温强度大且重量轻、耐腐蚀,众多优点可改善发动机的性能,因此可用于航空发动机领域。碳化硅陶瓷基复合材料具有替代金属成为新一代高温结构材料的潜力。
深圳昊瑞工业技术有限公司成立于2006年,是一家专业从事非标准工业陶瓷、硬质合金(钨钢)、各种金属与非金属精密机械零配件研发、制造与销售的企业。