供稿人:陈义、鲁中良 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2020-11-27
碳化硅陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、高比强等特点，在高温条件下，碳化硅陶瓷具有明显的强度和断裂韧性优势。现阶段，多采用化学气相沉积(CVD)，反应烧结，聚合物浸渍和热解或添加剂烧结等后处理方法制备出简单结构的碳化硅陶瓷零件，但针对复杂零件（如热交换器、法兰、涡轮叶片）的成形，采用现有技术很难实现碳化硅复杂零件的快速制备。橡树岭国家实验室[1]提出采用粘结剂喷射打印方法实现碳化硅零件素坯的成形，然后通过化学气相渗透（CVI）方法实现碳化硅零件的致密化处理（如图1）。
图1 具有复杂结构的碳化硅零件制造流程图
粘结剂喷印零件的致密化处理通常通过熔融渗透或反应烧结来实现，熔渗方法会导致SiC零件具有两个不同的相，而反应烧结方法需要在高温条件下进行，会导致零件收缩和变形。而采用CVI方法，反应在相对较低的温度进行，通过控制反应条件，能够允许碳化硅均匀沉积和生长，并最终达到最佳渗透结果，实现SiC零件的最大程度致密化处理，并且保持着高结晶度（如图2和图3）。
图2 CVI前后SiC零件光镜界面图
图3 CVI处理后SiC零件透射图
采用粘结剂喷射打印和CVI方法可实现高纯度、复杂结构SiC零件的快速成形，SiC零件的致密度可超过90%。SiC零件具有高纯度和结晶度，其热力学性能较好，其位移损伤容限和热蠕变抗力与CVD方法成形的SiC零件相当。SiC零件维持8~10%的孔隙率，其在室温下的导热系数和等双轴弯曲强度可分别达到37 W·(m·K)−1和297 MPa。