硅化石墨
硅化石墨
硅化石墨(siliconized graphite)是指在石墨材料表面塗覆碳化硅層而構成的一種複合材料。硅化石墨的硬度實為SiC的硬度，它僅次於金剛石、氮化硼、碳化硼，比碳化鎢、三氧化二鋁等的硬度高。
硅化石墨(siliconizedgraphite)是指在石墨材料表面塗覆碳化硅層而構成的一種複合材料。碳化硅層厚為1～1.5mm，碳化硅層和石墨基體結合緊密。
硅化石墨的生產方法有化學氣相沉積法(CVD)，化學氣相反應法(CVR)及液硅滲透反應法等3種方法。
化學氣相沉積(CVD))法
使含硅、碳的氣體通過高溫石墨基體發生熱分解，生成SiC沉積在石墨基體表面。原料為三氯甲基硅烷(CH3SiC3)、四氯化硅、氫、硅蒸氣等。沉積溫度範圍較寬，從1175℃到1775℃。用此法生成的SiC層非常緻密，厚薄均勻，一般厚度約為0.1～0.3mm。但SiC與石墨基體的結合為純機械結合，結合力較弱，在溫度急變時SiC層易發生龜裂、剝落。
化學氣相反應法(CVR)
原料為焦炭粉和過量的石英砂或無定形硅粉，當加熱到2000℃時發生化學反應，生成SiO蒸氣。SiO蒸氣和碳基體反應生成SiC。SiC層和碳基體二者無明顯界面，結合很牢固，在溫度驟變及高負荷情況下不會脫落，但CVR法是SiO氣體滲入碳基體內進行反應，因此，仍然保留了碳基體的多孔性，在用作密封材料時，需用樹脂浸漬或CVD法進行孔隙的填充。
液硅滲透法
此法也屬於CVR的一種。在真空條件下，加熱到1700-1900℃，將碳基體直接浸入熔融的硅液中，液硅逐步滲入碳基體內部，發生反應生成SiC。原料為99.9999%的純硅。SiC層厚度可達3.5mm。反應后，碳基體內含有約17%的遊離硅填充基體的孔隙中，使基體變得緻密不透。但遊離硅的存在降低了硅化石墨的抗腐蝕性能和高溫抗氧化性能。
SiO2，C及SiC之間的反應自由能見表1。
SiO2，C及SiC之間的反應自由能
碳和硅的反應隨溫度的變化見圖2。
碳和硅的反應隨溫度的變化
石墨基體材料的熱處理溫度(反映其石墨化程度)，熱膨脹係數，氣孔率和孔徑大小及分佈對滲硅過程有很大的影響。為取得硅化石墨較好的性能，石墨基體材料的熱膨脹係數應盡量與SiC接近，最好採用各向同性石墨，開口氣孔率應為12%～15%，孔徑越小反應越均勻。上述幾種方法可根據需要結合進行，如先以CVR法處理，然後再用CVD法處理，這樣得到的硅化石墨不透氣、不含遊離硅。硅化石墨兼有炭和碳化硅的特點，其典型性能見表2。
硅化石墨的典型性能
硅化石墨的硬度實為SiC的硬度，它僅次於金剛石、氮化硼、碳化硼，比碳化鎢、三氧化二鋁等的硬度高。
SiC在高溫下和氧反應生成緻密的Si島玻璃相，阻止了氧和SiC接觸，防止碳化硅繼續氧化，因此，SiC可長期使用於1000℃以上。
硅化石墨加熱到1200℃保持10s，投入室溫的水中，反覆多次，完好如初，既不破裂，也不剝落。
