碳化锆是如何制作而成的?
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- 发布时间:2022-11-21 17:44
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【概要描述】 碳化锆(ZrC)陶瓷具有高熔点、高硬度、优异的力学性能、高导电性以及优异的抗氧化和烧蚀性能。作为较高温陶瓷数据系统之一,它可能在航天飞行器和推进系统中用作防热数据,如航天飞机的机翼前缘、高超音速超燃冲压发动机的设想等。碳化锆制作方法如下:
碳化锆是如何制作而成的?
【概要描述】 碳化锆(ZrC)陶瓷具有高熔点、高硬度、优异的力学性能、高导电性以及优异的抗氧化和烧蚀性能。作为较高温陶瓷数据系统之一,它可能在航天飞行器和推进系统中用作防热数据,如航天飞机的机翼前缘、高超音速超燃冲压发动机的设想等。碳化锆制作方法如下:
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碳化锆(ZrC)陶瓷具有高熔点、高硬度、优异的力学性能、高导电性以及优异的抗氧化和烧蚀性能。作为较高温陶瓷数据系统之一,它可能在航天飞行器和推进系统中用作防热数据,如航天飞机的机翼前缘、高超音速超燃冲压发动机的设想等。碳化锆制作方法如下:
1.电弧炉碳热还原方法
碳化锆电弧炉碳热还原法是目前工业制备的有效方法。其方法是以锆英砂或斜锆石为前驱体,在高温高压下通过碳热还原反应生成ZrC粉末。其反应机理如下:
在反应过程中,应严格控制电弧炉的温度。如果反应温度过低,SiO较多,这将导致形成含有较多杂质相Si和C的ZrC粉末,从而影响ZrC粉末的纯度。电弧炉碳热还原法制备ZrC粉末具有设备结构简单、操作简单等优点,但其成本较高且制备的ZrC粉末粒度较大。图2显示了以ZrO2为原料通过碳热还原反应制备的ZrC陶瓷粉末。粉体粒径均匀,标准小于200纳米。
2.自蔓延高温合成(SHS)
碳化锆自蔓延高温合成是一种利用反应物之间产生的高反应热,在短时间内合成数据的新技术。自蔓延高温合成技术制备ZrC粉末的工艺流程如图3所示:
自蔓延高温合成陶瓷粉末具有以下特点:
反应过程利用化学反应放热,无需外部热源;
通过快速活性波焚烧的自持反应,可以获得所需成分和结构的产物。
相变热的释放和传递速度控制着速度、温度、转化率、产物的组成和结构。
3.溶胶-凝胶法
目前,碳化锆溶胶-凝胶法已经成为粉体制备技术的一个新类别,它是一种借助胶体排空系统的粉体制备方法。该方法的基本原理是:将金属醇盐、水、醇和必要的催化剂搅拌均匀,制成均匀溶液,然后通过水解缩聚反应形成湿凝胶。湿凝胶经干燥和热处理后形成块状粉末,再经机械粉碎或研磨得到超细陶瓷粉末。溶胶-凝胶法具有粒径均匀、粒径小等优点。溶胶-凝胶法制备陶瓷粉末的优点是:
(1)所用原料均为高纯度无机盐或醇盐,避免了杂质元素的影响,因此制备的陶瓷粉体纯度高;
(2)反应主要在液相中发生,可以在短时间内实现数据化学计量比的正确调节,从而保证产品粒度的均匀性;该方法反应合成温度低,有低成本效应。但是这种方法也有准备周期长,操作复杂的特点。
4.相反应法
碳化锆相反应法以Zr(OC4H9)4为前驱体,通过高温激光分解得到Zr/O/C纳米粉末。然后,将Zr/O/C纳米粉末置于氩气气氛中,在1500热处理,制备出约40nm的ZrC粉末。相反应法的优点是粉末制备过程中污染少,粒度和化学计量比容易控制,粒度分散范围窄,生产效率高。
5.高频等离子体法
碳化锆高频等离子体法的制备原理是:用高频感应线圈加热,以ZrCl4炭黑和纳米活性Mg为原料,以高纯Ar为载气,将原料装入高温等离子体区,加热至反应温度,在气相中反应,得到纳米级ZrC粉末。高频感应热等离子体无电加热,可避免电污染,能量密度高,反应器内温度高,温差大。在制备过程中不需要高温处理,可以有效避免颗粒团聚,有助于获得颗粒分散均匀的超细粉体。具有良好的应用前景。但该工艺是制备粉体体系的新技术,实际工艺还不成熟,工业化生产还需要一段时间。
6.高能球磨法
碳化锆高能机械球磨是利用球磨机的旋转或振动,使硬球强烈冲击、研磨、搅拌原料,将混合粉末破碎成微小颗粒的方法。球磨过程中的大量缺点导致活化能降低。减小晶粒尺寸和提高温度可以有效提高扩散率,这可能使非扩散合金元素通过机械合金化扩散,达到合金化的目的。
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