中科院宁波材料所核能材料工程实验室(筹)近日对外宣布，由该所承担的国家自然科学基金资助项目——新型碳化硅陶瓷致密化烧结助剂开发取得关键性突破。该项目开发出具有三元层状的Y3Si2C2材料，其作为碳化硅陶瓷新型的烧结助剂具有低温液相存在和高温相分解的特性，能起到促进碳化硅陶瓷高温烧结过程中晶粒重排和晶界处重结晶的效果，从而有效提升产品性能。

据研究人员介绍，由于碳化硅是强共价化合物，原子扩散能力低，因此在高温下很难烧结致密，通常需要添加高温烧结助剂来实现。但大量烧结助剂的使用会造成碳化硅陶瓷高温强度下降和热学性质恶化，因此探索合适的碳化硅陶瓷烧结法是关注重点。此外，陶瓷常规工艺均采用粉末冶金方法实现烧结助剂和基体陶瓷粉体的混合，存在着添加剂混合不均匀、球磨介质杂质引入等缺点。

为解决上述问题，课题组在前期研发的中子吸收硼化物陶瓷成果基础上，发展出了颗粒表面包裹新技术。该技术突破了传统陶瓷球磨工艺效率低的难题，成功制备出亚微米级均匀分布的两相复合粉体，合成烧结助剂均匀包裹碳化硼的核壳结构，对于低温致密化烧结效果显著。该方法在纤维和晶须表面包裹MAX相陶瓷涂层也获得成功，显示出良好的合成工艺普适性。科研人员进一步探索实验采用熔盐法，在碳化硅颗粒表面原位反应包覆可控Y3Si2C2涂层，制备出核—壳结构的复合粉体。该复合粉体通过在1700℃、45MPa条件下的放电等离子烧结(SPS)，实现了相对致密度为99.5%碳化硅陶瓷的制备。

碳化硅陶瓷是现代工程陶瓷之一，硬度仅次于金刚石，具有热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好、耐磨性能强、在高温下仍具有良好力学性能和抗氧化性能等特性，是最具发展前景的结构陶瓷。与其他结构陶瓷相比，碳化硅原料来源丰富、制备工艺方法多，可以适应各种不同使用工况的要求，是除了氧化铝以外最可能形成产业化规模的工程结构陶瓷。随着碳化硅陶瓷在石油化工等领域中应用范围越来越广，提高碳化硅陶瓷性能的同时降低生产成本也成为急需解决的问题。而实现碳化硅陶瓷的低温烧结，既可显著降低能耗，又能明显降低生产成本，对推动碳化硅陶瓷产品的产业化升级具有积极作用。