再结晶碳化硅陶瓷——杰出的高温结构材料

再结晶碳化硅（RSiC）是以粗、细2种粒径的高纯度碳化硅（SiC）粉末为原料，不添加烧结助剂，在高温下（2200~2450℃）通过蒸发-凝聚机制烧结而成的一种高纯SiC材料。由于RSiC中的SiC含量在99%以上，基本不含晶界杂质相，保留了SiC的诸多优异性能，如高温强度、耐腐蚀性、抗热震性等，可广泛应用于高温窑具、喷嘴、太阳能热转换器、柴油车尾气净化装置及金属冶炼等对性能要求极为苛刻的环境。

高致密度RSiC

虽然RSiC综合性能优异，已被广泛用作高温结构材料，尤其是在1500℃以上氧化气氛中作为力学承载部件。然而，RSiC较高的气孔率致使其强度和热导率均远低于致密烧结的SiC材料，同时也降低了其抗氧化性能，缩短了RSiC的使用寿命。提高RSiC材料的致密度，有利于延长其使用寿命，并能提高其力学性能和热导率，从而扩大RSiC的应用领域。

高密度RSiC制备流程

来源：CNKI

为提高RSiC材料的致密度，湖南大学肖汉宁教授团队利用RSiC的多孔性，以聚碳硅烷（PCS）为前驱体，通过浸渍-裂解工艺（PIP）使其在1400℃下的裂解产物结合在SiC孔内壁上，循环7次后使RSiC的密度和强度从2.74 g/cm3和93.0 MPa分别提高到2.90 g/cm3和119.4 MPa。同时尝试了以亚微米级SiC为惰性填充剂引入PCS溶液中形成浆料浸渍剂的方法，SiC颗粒不参与裂解过程、不收缩，从而提高了致密化效率。研究结果显示，只需PIP循环3次就达到了2.90g/cm3的密度水平，增密效率提高了1倍以上，且强度更高、开口气孔率更低。

RSiC多孔材料

RSiC因其特殊的烧结机理，相较其他材质的多孔陶瓷，在制备和应用上具有很多优势。在制备上，大多数多孔陶瓷烧成时会产生收缩，对大尺寸产品的形状控制难度大，为保证孔隙率需适当降低烧成温度或添加适量造孔剂，这样相应地会降低多孔材料的强度。

而RSiC因其烧成无收缩，不需或者仅需少量的造孔剂即可得到高孔隙率的制品，无需采用降低烧成温度、牺牲材料强度的方式保证气孔率，其产品形状、烧成工艺易于控制。在应用上，RSiC的孔结构因其蒸发-凝聚机理而具有非常高的连通性，95%以上为开口连通气孔，这样其作为过滤材料时具有更低的压力损失和更高的处理通量。RSiC因具有高强度、高热导率、相对低的热膨胀系数、优异的耐腐蚀性和高温性能等综合性能，在柴油车尾气过滤、化石燃料空气过滤、金属冶炼过滤、水处理、光热吸收与转化等苛刻环境下有广泛而独特的应用前景。

SiC 陶瓷膜

来源：迪洁膜

SiC陶瓷膜具有处理通量大、同时耐热酸热碱腐蚀的优异特征，弥补了传统陶瓷膜的不足。然而，该陶瓷膜的支撑体及其各层膜之间的烧结温度和收缩特性不同，难以一次烧成，因而需分层多次制备，致使生产成本高、产品稳定性较差，这也是陶瓷膜行业的共性问题。为此，湖南大学肖汉宁教授团队采用活化烧结支撑体、钝化烧结各膜层，并抑制层间传质的方法，取得了一定的突破，初步实现了SiC陶瓷膜的多层一次共烧。

为了解更多关于再结晶碳化硅陶瓷方面的研究进展，“第六届国际碳材料大会暨产业展览会——碳化硅陶瓷论坛”特邀湖南大学 肖汉宁教授与大家分享《再结晶碳化硅及其复合材料的研究进展与应用》。