【摘 要】
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与高弹性模量、高强度、高热力学稳定性的碳化硅（SiC）第二相复合是提高传统玻璃陶瓷性能的有效途径。然而,传统复合工艺所需的热压工序限制了其应用领域的拓展。因此,有必要开发无热压制备工艺。但是,相关研究还处于初级阶段。为此,本论文探索以石墨粉埋烧条件下取代传统热压工艺中的还原性或惰性气体保护,采用无需热压的传统陶瓷工艺制备添加0～40wt%SiC颗粒的透辉石基玻璃陶瓷复合材料,探索石墨粉埋烧、球磨时
【基金项目】
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内蒙古科技大学研究项目（0903058002）； 白云鄂博共伴生矿资源高效综合利用协同创新内部资助项目；
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与高弹性模量、高强度、高热力学稳定性的碳化硅（SiC）第二相复合是提高传统玻璃陶瓷性能的有效途径。然而,传统复合工艺所需的热压工序限制了其应用领域的拓展。因此,有必要开发无热压制备工艺。但是,相关研究还处于初级阶段。为此,本论文探索以石墨粉埋烧条件下取代传统热压工艺中的还原性或惰性气体保护,采用无需热压的传统陶瓷工艺制备添加0～40wt%SiC颗粒的透辉石基玻璃陶瓷复合材料,探索石墨粉埋烧、球磨时间、碳化硅颗粒加入量、烧结温度和保温时间等工艺参数对所制备复合材料的显微结构组成及性能的影响。研究取得以下结果。采用课题组前期优化三步法SiC纤维/辉石基玻璃陶瓷基复合材料制备工艺（740℃核化2小时→870℃晶化2小时→1000℃～1050℃烧结2小时）,并在石墨粉埋烧和球磨18小时前提条件下制备出含有透辉石、钙长石及SiC颗粒三种物相的SiC颗粒/辉石基玻璃陶瓷复合材料。烧结温度为1050℃时,SiC颗粒含量为10wt%的S10复合样品性能最佳。其密度为2.51 g/cm3,线收缩率为9.18%,维氏硬度4.52 GPa,表面粗糙度值为82.2。SiC颗粒含量进一步增加会导致样品综合性能下降。其原因与SiC颗粒相含量升高后,复合样品中形成更多的气孔有关。基于不含SiC样品在800℃以上即可完成烧结现象,在去除上述高温烧结工序基础上,设计了核化和晶化温度分别为:Ⅰ.740-1000℃,Ⅱ.740-870℃,Ⅲ.740-840℃,核化和晶化时间均为2小时的3种工艺。结果证明Ⅲ工艺最佳。在工艺Ⅳ基础上,研究了核化温度（740℃～800℃）及晶化温度（840℃～880℃）变化对SiC颗粒/辉石基玻璃陶瓷复合材料的影响。研究结果表明,780℃核化+860℃晶化为最佳工艺。在最佳工艺条件下,含10wt%SiC颗粒样品的综合性能最佳:抗折强度为120 MPa、硬度为5.71 GPa、断裂韧性2.22 MPa× m1/2。其综合性能已满足结构材料应用需求。论文研究结果对辉石玻璃陶瓷基SiC颗粒复合材料的低成本制备有参考价值。
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