供稿人:陳義、魯中良 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2020-11-27
碳化硅陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、高比強等特點，在高溫條件下，碳化硅陶瓷具有明顯的強度和斷裂韌性優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，多采用化學氣相沉積(CVD)，反應燒結，聚合物浸漬和熱解或添加劑燒結等后處理方法制備出簡單結構的碳化硅陶瓷零件，但針對復雜零件（如熱交換器、法蘭、渦輪葉片）的成形，采用現(xiàn)有技術很難實現(xiàn)碳化硅復雜零件的快速制備。橡樹嶺國家實驗室[1]提出采用粘結劑噴射打印方法實現(xiàn)碳化硅零件素坯的成形，然后通過化學氣相滲透（CVI）方法實現(xiàn)碳化硅零件的致密化處理（如圖1）。
圖1 具有復雜結構的碳化硅零件制造流程圖
粘結劑噴印零件的致密化處理通常通過熔融滲透或反應燒結來實現(xiàn)，熔滲方法會導致SiC零件具有兩個不同的相，而反應燒結方法需要在高溫條件下進行，會導致零件收縮和變形。而采用CVI方法，反應在相對較低的溫度進行，通過控制反應條件，能夠允許碳化硅均勻沉積和生長，并最終達到最佳滲透結果，實現(xiàn)SiC零件的最大程度致密化處理，并且保持著高結晶度（如圖2和圖3）。
圖2 CVI前后SiC零件光鏡界面圖
圖3 CVI處理后SiC零件透射圖
采用粘結劑噴射打印和CVI方法可實現(xiàn)高純度、復雜結構SiC零件的快速成形，SiC零件的致密度可超過90%。SiC零件具有高純度和結晶度，其熱力學性能較好，其位移損傷容限和熱蠕變抗力與CVD方法成形的SiC零件相當。SiC零件維持8~10%的孔隙率，其在室溫下的導熱系數(shù)和等雙軸彎曲強度可分別達到37 W·(m·K)?1和297 MPa。