目录第一章综述 (1)1.1 SiC陶瓷的基本性质 (1)1.1.1 碳化硅的晶体结构 (1)1.1.2 碳化硅的硬度及韧性 (1)1.1.3 碳化硅的热膨胀系数和导热系数 (1)1.1.4 碳化硅的化学稳定性 (1)1.1.5 其它 (2)1.2 SiC主要烧结方法及特点 (2)1.2.1 无压烧结 (2)1.2.2 热压烧结 (3)1.2.3 热等静压烧结 (3)1.2.4 反应烧结 (4)1.3结论 (4)1.4 SiC无压烧结陶瓷的现状 (4)1.5 主要内容 (4)第二章主要设备选型 (6)2.1主要设备表 (6)2.2原料及配比 (6)2.3主要设备说明 (7)2.3.1三维混料机 (7)2.3.2行星球磨机 (8)2.3.3干压成型机 (8)2.3.4冷等静压机 (9)2.3.5真空烧结炉 (9)2.3.6金属模具 (10)2.3.7电子天平 (10)2.3.8流速计 (10)2.3.9抛光机 (11)2.4工艺平面布置图 (12)第三章工艺工程 (13)3.1工艺流程图 (13)3.2 SiC原料的制备 (14)3.2.1 喷雾造粒 (14)3.2.2 原料的选取和浆料的制备过程 (15)3.2.3 球磨 (15)3.2.4 干燥及研磨过筛 (15)3.3 胚料成型工艺 (15)3.3.1 成型方式的选择 (15)3.3.2 干压成型法的模具选择 (16)3.3.3 干压成型工艺参数 (16)3.3.4 冷等静压 (16)3.4 防弹片的烧结工艺 (17)3.4.1 烧结气氛要求 (17)3.4.2 烧结温度设计 (17)3.5 精加工过程 (18)第四章产品性能检测 (19)4.1无压烧结方法制得的SiC制品的性能 (19)4.2 SiC粉体原料性能检测 (19)4.3 SiC陶瓷防弹片成品的性能检测 (20)4.3.1 产品 (20)4.3.2 性能检测 (20)第五章结论 (23)第六章小结 (24)第七章参考文献 (24)第一章综述1.1 SiC陶瓷的基本性质1.1.1 碳化硅的晶体结构SiC是以共价键为主的共价化合物，由于碳和硅两元素在形成SiC晶体时，它的基本单元是四面体，所有SiC均由SiC四面体堆积而成，所不同的只是平行结合和反平行结合，从而形成具有金刚石结构的SiC。
SiC共75种变体，如3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等，其中α-SiC、β-SiC最为常见。
β-SiC的晶体结构为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α-SiC存在着 4H、15R和6H 等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。
在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系，在温度低1600℃时，SiC以β-SiC 形式存在。
当高于1600℃时，β-SiC 缓慢转变成α-SiC的各种多型体。
4H-SiC 在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H-SiC，即使温度超过2200℃，也是非常稳定的。
SiC中各种多型体之间的自由能相差很小，因此，微量杂质的固溶也会引起多型体之间的热稳定关系变化。
1.1.2 碳化硅的硬度及韧性碳化硅的硬度相当高,仅次于几种超硬材料,高于刚玉而名列普通磨料的前茅,按莫氏刻痕硬度为9.2, 克氏显微硬度为2200～2800kg/mm2(负荷100g)。
碳化硅的热态硬度虽然随着温度的升高而下降,但仍比刚玉的硬度大很多。
碳化硅颗粒的韧性,通常是用—定数量某种粒度碳化硅颗粒在定型模子中,施加规定压力之后未被压碎的颗粒所占百分率来反映的,它受颗粒形状等许多因素的影响。
1.1.3 碳化硅的热膨胀系数和导热系数在25—1400℃范围内，碳化硅的平均热膨胀系数为4.4*106/摄氏度，刚玉的热膨胀系数高达（7—8）*106/℃。
所以表明碳化硅的热膨胀系数很低。
碳化硅的导热系数很高,碳化硅的导热系数比其他耐火材料及磨料要大的多,约为刚玉导热系数的4倍。
一般工程计算要引用碳化硅的导热系数时，可取0.0628—0.0963J/cm·℃·s。
1.1.4 碳化硅的化学稳定性碳化硅的化学稳定性极佳。
碳化硅本身很容易氧化,但它氧化之后形成了一层二氧化硅薄膜,氧化进程逐步被阻碍。
碳化硅陶瓷具有较强的耐酸耐碱性能，即具有良好的耐腐蚀性能。
1.1.5 其它碳化硅还具有良好的耐磨性，高弹性模量，抗渣能力强，耐冲刷性能，具有较高的高温强度。
1.2 SiC主要烧结方法及特点表1-1 SiC主要烧结方法及特点烧结方法烧结原理条件特点反应烧结（自结合）SiC+C胚体在高温下进行蒸汽或液相渗Si，部分硅与碳反应生成SiC,把原来胚体中的SiC 结合起来，达到烧结的目的。
1400—1600℃烧结温度低；收缩率为零；多孔质，强度低；残留游离硅多（8%-15%），影响性能热压烧结添加B+C、B4C、BN、AL、AL2O3、ALN等烧结，助剂，一面加压，一面烧结.1950-2100℃20-40MPa密度高，抗弯强度高；不能制备形状复杂制品；成本高无压烧结添加B、C、AL+B+C、AL2O3+Y2O3等烧结助剂的胚体，在惰性气氛进行固相或液相烧结2000-2200℃能制备出各种形状复杂制品；强度较高；纯度高，耐蚀性；烧结温度高（缺点）1.2.1 无压烧结一、固相烧结1974年S Prochazka 通过在高纯度的β- S i C细粉中同时加入少量的B 和C助剂 , 采用无压烧结工艺 ,在2020 ℃时成功地获得了密度高于98 %的碳化硅烧结体。
S Prochazka认为 B的添加量应选择在0 .5 %左右,而且C的添加量则取决于SiC粉料中氧含量的高低。
S Duna以B和C为添加剂,采用热等静压等烧结工艺,在1900℃便获得了密度大98%、室温抗弯强度高达600MPa左右的细晶SiC陶瓷。
陈巍等将添加质量分数为2.0%C+1.0 %B的S i C 经2150 ℃× 2 h 无压烧结后,所得烧结体的弯曲强度为470MPa ,断裂韧性为5. 12 MPa·m1/2。
优点：当同时添加B和C后，B固熔到SiC中，使晶界能降低，C把SiC粒子表面的二氧化硅还原除去，提高了表面能，因此B和C的添加为碳化硅的致密C+C，BN+C，AlN+C等。
化创造了有利条件。
常用的添加剂还有B4缺点：需要较高的烧结温度（>2000℃）,对原粉材料的纯度要求较高,并且烧结体断裂韧性较低,有较强的裂纹强度敏感性,在结构上表现为晶粒粗大且均匀性差，断裂模式为典型的穿晶断裂。
二、液相烧结液相烧结是以一元或多元低共熔氧化物为烧结助剂，在比较低的温度下，利用低共融点产生液相促进碳化硅颗粒的移动、扩散和传质，从而实现碳化硅的致密化。
即以一定数量的多元低共熔氧化物为烧结助剂,使其与碳化硅颗粒表面的层起反应，在高温时形成部分晶界液相,导致界面结合弱化。
优点：可以在较低温度下实现碳化硅的致密化，提高了材料的断裂韧性。
使烧结设备要求和烧结成本大为降低。
液相烧结还可以通过不同的烧结助剂的添加来改变材料的成分和性质。
缺点：因为第二相的引入使材料的高温性能弱化，烧结体高温下（>1800℃）的机械性能因液相的存在而降低。
1.2.2 热压烧结热压烧结方法是指在加压和加热条件下促使碳化硅烧结，一般压力在20-50MPa，由于采用一定的压力，利于增大碳化硅粒子间的接触面积，从而促进碳化硅烧结。
优点：烧结时间短，烧结温度相对较低。
烧结助剂量少，可制得高密度产品。
缺点：生产效率低，只能生产形状简单的制品。
1.2.3 热等静压烧结热等静压烧结是指以热等静压反应容器为主要反应装置，通过控制温度（大概1000～2000℃）和控制容器压力（以惰性气体等气体为传压介质，大概为200MPa），在合适的温度和压力条件下进行烧结。
优点：所以得到的碳化硅陶瓷结构均匀，性能优异。
缺点：生产成本高，温度和压力对其性能影响较大，不能用于制造形状复杂的产品，适用范围受到了限制。
1.2.4 反应烧结反应烧结是粉末的合成和烧结同时进行的方法。
用硅粉加碳粉并加SiC粉作填粉，成型后烧结。
在高温下发生Si（液或气相）+C（固）生成了极细的SiC 结晶。
优点：反应烧结碳化硅陶瓷的制备工艺较为简单。
制备温度低，制备时间短。
反应烧结的烧结过程中几乎没有收缩，能够得到与坯体形状、尺寸相同的烧结体，可制备大尺寸制品。
因为不用烧结助剂，故容易得到高纯的制品从而高温性能降低很小。
缺点：在通常的制备工艺中,由于大量有机物的引入使坯体在热处理过程中发生较大的吸热或放热效应,使素坯产生裂纹的几率大大上升,限制了这种材料的广泛应用。
1.3结论综上比较得出，热压烧结和等静压烧结皆不能生产形状复杂的的产品，而无压烧结可以制备复杂的形状和尺寸的SiC部件，相对容易实现工业化生产。
反应烧结碳化硅陶瓷相对于无压固相烧结碳化硅耐高温性能差，特别是温度超过1400℃时碳化硅陶瓷的抗弯强度急剧下降，并且其不耐强酸强碱。
而采用无压固相烧结的碳化硅陶瓷，其在高温下的机械性和在强酸强碱下的耐腐蚀性远好于反应烧结碳化硅。
故选用无压烧结生产碳化硅陶瓷。
1.4 SiC无压烧结陶瓷的现状碳化硅已经是广泛应用的碳化物陶瓷之一，所以通过无压烧结方法制备高性能、低成本的碳化硅陶瓷成了人们研究的热点之一。
碳化硅具有高弹性模量、高强度、高硬度、高热导、低热膨胀、高抗热震性、耐磨损和耐腐蚀等一系列优良性能，并且价格低廉。
碳化硅陶瓷所具备的这些优良性能使其广泛用于航空航天、电力电子、机械工业、石油化工等许多领域，可以应用在金属耐磨材料或高分子耐磨材料不能胜任的场所，在耐磨领域中展示着重要的应用前景，例如，可以用作耐磨零件、用于研磨介质、用于防弹板、用于喷嘴、用于研磨盘、用于磁力泵泵件等。
所以无压烧结碳化硅陶瓷在国内外的市场相当可观。
1.5 主要内容（1）选定碳化硅原料、烧结助剂种类，选择合适的配比进行成型烧结。
（2）碳化硅陶瓷的物理性能、力学性能和显微结构的测试分析。
（3）碳化硅陶瓷烧结机理及结晶性能的研究，包括 SiC 陶瓷在烧结过程中所产生的化学变化，结构、含量、成份的变化，及烧结过程中气氛的影响。
第二章主要设备选型2.1主要设备表设备名称型号外观尺寸或孔直径(mm)行星球磨机NK01XQM三维混料机MX1220×1140×990mm 烘箱电子天平JJ300金属模具50×50mm干压成型机YA32真空烧结炉GDQ 16mm磨床抛光机流速计FL4-1微机控制电子万能试验机表2-1 主要设备2.2原料及配比陶瓷产品性能取决于陶瓷原料配方和生产工艺等大量因素，其中坯料的原料配方对产品性能起着决定性的作用。