低温反应烧结制备碳化硅陶瓷材料及其结构与性能研究

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RBSC是由SiC和fSi(某些情况下还含有少量的fC)组成的复合陶瓷,具有优异的高温强度、耐腐蚀、抗高温热震和抗氧化等性能。理论上,陶瓷材料的断裂强度随着晶粒尺寸的增大而降低。本课题通过降低烧结温度来控制生成的SiC晶粒尺寸的长大,探索在低温下反应烧结制备高密度、高性能RBSC的可能性,探讨影响材料结构和性能的各因素及其规律,并总结材料显微结构和性能之间的关系。试验证明,在硅熔点以上30~60℃的低温下进行反应烧结,完全可以制备出致密的RBSC陶瓷材料。本文采用干压成型法用3.5μmSiC粉制备出素坯碳密度为0.91g/cm3,烧结密度为3.16g/cm3的高密度RBSC材料;采用原位凝固成型法制备出断裂强度为594MPa的RBSC材料。讨论了各种工艺参数对素坯显微结构和材料烧结密度的影响。原位凝固成型过程中,为得到高固低粘的料浆,本实验对SiC微粉进行表面包覆改性处理。通过分析SiC微粉包覆改性前后红外光谱、Zeta电位和固含量,讨论了SiC微粉包覆改性的效果。以1.2μmSiC包覆改性粉和碳粉采用原位凝固成型法获得的泥浆固含量为59.04vol%,与未改性SiC粉相比提高了41%。研究发现:BRSC陶瓷材料的强度的最高峰值与烧结密度的最高峰值不重合,高密度RBSC的烧结体中由于含硅斑而导致力学性能不佳。RBSC处于中密度时fSi尺寸较小且均匀分布而使烧结体强度较高。RBSC陶瓷材料的显微硬度与烧结体密度相关。同一配方中,随着坯体碳密度的增大,材料的显微硬度增大。当烧结体密度一定时,烧结体中晶粒尺寸越小,材料的显微硬度越大。
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