无压烧结碳化硅陶瓷
  • 高纯度碳化硅陶瓷盘高温工艺与性能
来源:杏彩体育官方平台    发布时间:2025-08-20 07:50:47
产品详情

  碳化硅(SiC)陶瓷因其独特的键合结构(强共价键)展现出极端环境下的卓越性能:

  在惰性或弱氧化气氛中,工作时候的温度可达1600°C以上,高温强度衰减率远低于绝大多数金属与陶瓷。其在空气中的长期使用温度也通常高于1400°C(表面氧化层提供一定保护)。

  莫氏硬度高达9.2-9.5,仅次于金刚石和立方氮化硼,赋予其卓越的抗颗粒冲刷、耐磨损能力。

  导热系数明显高于大多数陶瓷(常达120 W/m·K 以上,远高于氧化铝、氧化锆),利于高温工况下的热量快速传递与均匀分布,减少热应力。

  热膨胀系数小(约4.0-4.5 ×10⁻⁶/K),结合高热导率,使其具备优异的抗热震性,能承受剧烈的温度骤变。

  对强酸(如硫酸、盐酸、硝酸)、强碱及熔融金属(如铝、铜、锌)具有极佳的抵抗能力,非常适合于腐蚀性环境。

  弹性模量高(约400-450 GPa),结构稳定性高,高温下不易变形。

  显著更高的热导率(约5-10倍)、更优的抗热震性、更高的高温强度、更佳的耐磨性、更低的密度。SiC盘在高温热交换、快速热循环场景中性能远胜氧化铝盘。

  成本更高,加工难度更大(尤其精加工)。对于非高温、非高导热、非极端耐磨的普通应用,氧化铝的经济性更佳。

  远胜一筹的热导率、更佳的高温稳定性(氧化锆在约600°C以上易发生相变导致性能直线下降)、更高的热硬度和耐磨性。SiC盘在持续高温或高导热要求场合(如高温夹具、半导体工艺)是更可靠选择。

  韧性低于相变增韧氧化锆(Y-TZP),对尖锐冲击更敏感。成本通常更高。

  更高的热导率、更优的抗熔融金属(尤其是铝)侵蚀能力、更高的硬度与耐磨性。SiC盘在需要快速导热或接触熔融铝的环境(如铝液测温套管、冶金部件)更具优势。

  常温及中温断裂韧性通常低于高性能氮化硅。制造成本可能相当或略高,具体取决于工艺复杂度。

  高温稳定性、高热导率、高硬度/耐磨性、低热膨胀/高抗热震、耐化学腐蚀。

  这使得SiC盘在高温、高导热、强磨损、急冷急热、腐蚀性环境中无可替代。

  选用高纯度(如99.5%以上)亚微米或纳米级α-SiC粉末。根据最终性能要求(如追求更高导热或更高强度),精确添加烧结助剂(如B、C,或Al₂O₃-Y₂O₃等氧化物体系)。

  粉料经喷雾造粒后,通过精密钢模干压或冷等静压(CIP)形成素坯。冷等静压能获得更高密度、更均匀的坯体,减少后续烧结变形,海合精密陶瓷有限公司在此环节拥有成熟的工艺控制能力。

  最常用且经济的方法。素坯在惰性气氛(Ar)或线°C高温进行长时间烧结。助剂在高温下形成液相或促进固相扩散,实现致密化。海合精密陶瓷有限公司通过精确控制烧结曲线(升温/降温速率、保温时间)和炉内气氛,确定保证产品高致密度(98%理论密度)和均匀性。

  将含碳素坯与熔融硅(Si)接触,硅渗入坯体与碳反应生成新的SiC,填充孔隙实现致密。此法可制造大尺寸、复杂形状件,但通常含有少量游离硅,最高使用温度受限(约1350°C),且热导率稍低于无压烧结SiC。

  在高温下同时施加机械压力(热压)或高压气体(气压烧结)。能获得更高致密度、更细晶粒、更优性能的制品,但设备复杂、成本高、产能低,多用于极高要求部件。海合在高端产品线上应用此类工艺。

  烧结后的“毛坯”硬度极高,需使用金刚石磨具进行平面研磨、内外圆磨削、端面加工等,以达到严格的尺寸精度(微米级)、平行度、平面度和表面光洁度要求。此步骤成本占比高。

  贯穿整个生产的全部过程。对成品进行严格的尺寸、形位公差、外观(裂纹、缺角)、密度、硬度、强度(如三点/四点弯曲)、金相结构等检测,确保每片SiC盘符合应用标准。

  基于其无可比拟的高温、高导热、耐磨、耐蚀和抗热震性能,碳化硅陶瓷盘在以下关键工业领域扮演重要角色:

  作为晶圆制造(扩散、氧化、CVD、刻蚀)工艺中的关键承载体(托盘、桨叶、固定环),其高纯度、高温稳定性、高导热性和低污染特性保障了芯片生产的良率与精度。

  多晶硅铸锭炉、单晶硅长晶炉(直拉法)中的关键隔热部件(如导流筒、盖板、支撑环),承受1600°C以上高温熔硅侵蚀及剧烈热循环,其长寿命保障设备连续运行。

  用作窑炉推板、辊棒、承烧板(匣钵)、炉膛内衬板,承载工件在高温下传输或烧结(如粉末冶金、陶瓷烧结、荧光粉烧结),其耐高温、抗蠕变、抗热震特性显著延长使用寿命。

  作为耐强腐蚀介质(酸、碱、盐浆料)的机械密封环、轴套、阀门部件以及耐磨衬板、喷嘴,提供长周期可靠运行。

  应用于高温气体换热器芯体、燃烧器喷嘴、高温过滤器支撑板等,提升能源利用效率。

  海合精密陶瓷有限公司深耕高性能碳化硅陶瓷领域,其生产的无压烧结和气压烧结碳化硅陶瓷盘,凭借严控的原料、优化的高温烧结工艺和精密加工能力,在致密度、高温强度、热导率、尺寸精度及批次稳定性方面表现优异,大范围的应用于半导体、光伏及高温工业领域,为客户在严苛工况下提供较为可靠、耐久的解决方案。公司持续优化工艺链,致力于满足高端制造业对先进陶瓷日渐增长的需求。