中國(guó)粉體網(wǎng)訊 再結(jié)晶SiC的研發(fā)，國(guó)外已有40年的歷史，國(guó)內(nèi)依靠國(guó)外的技術(shù)、設(shè)備和關(guān)鍵原材料在15年前起步研究，目前無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，各方面都受制于國(guó)外，其研發(fā)情況不容樂觀。
肖漢寧教授作為國(guó)內(nèi)重點(diǎn)研究再結(jié)晶碳化硅陶瓷的專家，一直致力于再結(jié)晶碳化硅陶瓷的推廣，在2018新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，筆者有幸聆聽了肖教授所講的《再結(jié)晶碳化硅陶瓷研究進(jìn)展及應(yīng)用》的報(bào)告，并在會(huì)后對(duì)肖教授進(jìn)行采訪。在交流過(guò)程中，肖教授面帶微笑，事無(wú)巨細(xì)，娓娓道來(lái)。
再結(jié)晶碳化硅具有無(wú)收縮和多孔結(jié)構(gòu)，因而削弱了其抗氧化能力和力學(xué)性能。因此如何利用多孔結(jié)構(gòu)，提高其抗氧化性能、力學(xué)性能實(shí)現(xiàn)其功能化是肖教授重點(diǎn)研究的課題。主要分為三個(gè)方向：1.在碳化硅空隙里填碳化硅；2.在碳化硅空隙里填其他材料制備成復(fù)合材料；3.利用多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備多孔陶瓷。
1.前驅(qū)體成本制約浸漬裂解法的應(yīng)用
在碳化硅空隙里填碳化硅材料主要采用浸漬裂解法，填充物為聚碳硅烷陶瓷前驅(qū)體。其工藝流程如圖：
目前，浸漬裂解法制備技術(shù)已比較成熟，但是前驅(qū)體的售價(jià)高且購(gòu)買不易是制約浸漬裂解法應(yīng)用的主要原因。肖教授解釋道：浸漬裂解法需要用到前驅(qū)體聚碳硅烷浸漬碳化硅，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)聚碳硅烷的非常少，主要是國(guó)防科大在做，并且不對(duì)外出售，因此推廣起來(lái)較為困難。但是國(guó)內(nèi)已經(jīng)有民營(yíng)企業(yè)在研究液態(tài)前驅(qū)體陶瓷，估計(jì)成功量產(chǎn)后，前驅(qū)體的價(jià)格會(huì)有所降低，從而改善浸漬裂解法成本過(guò)高的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)高密度再結(jié)晶碳化硅在點(diǎn)火器和高溫結(jié)構(gòu)材料中的廣泛應(yīng)用。
2.裂解碳解決溶滲法中潤(rùn)濕性問(wèn)題
填碳化硅成本高，工藝復(fù)雜，研究通過(guò)高溫溶滲法填充Al、MoSi2等非碳化硅物質(zhì)是解決多孔結(jié)構(gòu)的另一方法。肖教授利用裂解碳解決溶滲的物質(zhì)和碳化硅潤(rùn)濕性的問(wèn)題，使得溶滲的物質(zhì)可以進(jìn)入碳化硅孔隙。
3.顆粒粒徑?jīng)Q定陶瓷過(guò)濾膜的孔徑
再結(jié)晶碳化硅的多孔結(jié)構(gòu)可以經(jīng)過(guò)專門的設(shè)計(jì)做成有序的陶瓷過(guò)濾膜，從而將多孔結(jié)構(gòu)有效利用起來(lái)。肖教授介紹到：在根據(jù)所過(guò)濾物質(zhì)設(shè)計(jì)多孔陶瓷的孔徑時(shí)，其影響因素眾多，但顆粒粒徑對(duì)材料孔徑起決定性因素。假設(shè)是平均粒徑是10μm的等徑球顆粒，其制備的材料孔徑大概是其五分之一左右，即2μm左右。
機(jī)械加工的原始顆粒是不規(guī)則，有棱角的，粒徑分布也較寬。為了更好的設(shè)計(jì)陶瓷過(guò)濾膜的孔徑，需要對(duì)顆粒進(jìn)行球形化處理。由于碳化硅是沒有熔點(diǎn)的，在碳化硅蒸發(fā)-凝聚過(guò)程中，越是尖的部位，其蒸氣壓就越高，越容易被蒸發(fā)，從而達(dá)到去除碳化硅顆粒棱角，使其球形化的目的。
編者記：
再結(jié)晶碳化硅陶瓷由于不含任何燒結(jié)助劑，可充分發(fā)揮碳化硅材料的許多優(yōu)異特性，如高溫強(qiáng)度、抗氧化、耐腐蝕性等，因此，特別適合在高溫、強(qiáng)腐蝕性等惡劣環(huán)境下作結(jié)構(gòu)材料或結(jié)構(gòu)—功能一體化應(yīng)用。
目前，再結(jié)晶碳化硅大量的作為高溫結(jié)構(gòu)材料，在窯爐窯具材料中大量應(yīng)用。比如在半導(dǎo)體里面單晶硅片摻雜時(shí)所用的支撐架、輥道窯的輥棒燒成時(shí)所用橫梁、燒成支架等。但是在電子封裝、發(fā)熱元件及制備多孔材料的應(yīng)用還較少。希望在肖教授等專家、學(xué)者和企業(yè)家的共同努力下，我國(guó)的再結(jié)晶碳化硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展能夠早日趕超國(guó)際先進(jìn)水平。
