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碳化硅多孔陶瓷由于其材质具有高强度、耐磨、耐腐蚀等特性,已在石油、化工、机械、微电子、汽车、钢铁、造纸、核能等工业领域获得大量应用,并日益展示出其它结构陶瓷所无法比拟的优点。目前,对孔径的控制、合理调节气孔率与材料强度、材料热机械性能等仍是碳化硅多孔陶瓷的研究难点。此外,现有制备方法的烧结温度高,能耗高,成本高。本文碳化硅粉为原料,以羧甲基纤维素为造孔剂,以Si、Co、A1<,2>O<,3>、Y<,2>O<,3>、高岭土为烧结助剂,采用真空烧结结合造孔剂法低成本地制备出碳化硅多孔陶瓷。系统研究了造孔剂用量和烧结助剂等工艺因素对制备碳化硅多孔陶瓷材料的XRD、孔特性(气孔率和孔结构)、力学物理性能的影响。通过系统的研究和实验,取得如下重要研究结果:
(1)采用真空烧结,结合预氧化处理工艺可实现SiC陶瓷的低温烧结并可制备出SiC多孔陶瓷。对添加单一烧结助剂(Si与C0)与复合添加(Al<,2>O<,3>/高岭土及Al<,2>O<,3>/Y<,2>O<,3>)的试样进行了物相分析和显微组织的观察,试样都有液相烧结的特征,且复合添加的效果明显。
(2)随着造孔剂用量的增加,试样的气孔率也相应增加,孔结构也发生了一定的变化,而体积密度随着造孔剂(羧甲基纤维素)用量的增加而减少。气孔率与造孔剂用量之间的关系并非呈线性关系。对于复合添加Al<,2>O<,3>和Y<,2>O<,3>的试样,通过合理调节造孔剂用量,可以制备出气孔率为47.67%,抗弯强度达到53.1MPa,气孔分布比较均匀的碳化硅多孔陶瓷。
(3)在复合添加Al<,2>O<,3>和Y<,2>O<,3>作为烧结助剂的条件下,碳化硅多孔陶瓷骨架致密化是通过高温液相生成来实现的,并有莫来石相生成;在复合添加Al<,2>O<,3>和高岭土的试样中也有莫来石生成,由于莫来石具有较好的高温适应性,所以能很好地改善碳化硅多孔陶瓷的高温性能以提高其抗热震性。
(4)对于添加单一Si作为烧结助剂的条件下,由于Si粉的氧化生成了SiO<,2>,通过SiO<,2>对SiC颗粒的润湿作用,促使了颗粒的重排,促进了SiC陶瓷的烧结;对于添加Co粉作为烧结助剂的条件下,Co在高温下熔化,冷却时结晶附着在SiC颗粒表面,对烧结的影响不明显。
此外,论文还对碳化化硅多孔陶瓷的线收缩率、抗弯强度与造孔剂用量之间的关系进行了初步探讨。