论文部分内容阅读
仿珍珠贝铝基复合材料具有层状结构,因而具有高强度、高韧性等优良特点。层状结构多孔陶瓷作为具有代表性的仿珍珠贝铝基复合材料的增强体,其制备工艺和孔隙结构研究是制备高性能仿珍珠贝结构复合材料的基础。定向冷冻铸造法对孔隙方向和结构定向可控,且操作简单、成本低廉、环保,已成为制备层状结构多孔陶瓷的首选工艺。Si C/Al复合材料已经得到广泛应用,但高性能仿珍珠贝Si C/Al复合材料有待近一步研究,因此,本文研究层状Si C多孔陶瓷,为下一步以层状Si C多孔陶瓷为增强体制备仿珍珠贝Si C/Al复合材料做准备。以SiC为原料,水为溶剂,卡拉胶、分散剂、PEG、甘油为添加剂,采用定向冷冻铸造法实现了层状Si C多孔陶瓷制备,表征了层状Si C多孔陶瓷微观孔隙形貌,总结了成孔机制,分析了各因素对层状Si C多孔陶瓷微观孔隙形貌的影响,主要研究结果如下:样品随着与冷源距离的增大,依次出现致密区、过渡区、层状区,三个区分别呈现蜂窝状、柱状、层状孔隙形貌,孔径范围在10~80μm。成孔机制主要与溶剂的晶体结构和结晶生长动力学有关,而形成层状孔隙的条件受固相含量、冷冻温度、颗粒粒径、甘油含量等因素影响。固相含量由20 vol.%增加到35 vol.%时,孔隙率由68.8 vol.%降低到了52.3 vol.%,孔径从84μm减小到14μm,陶瓷壁厚从37μm增加到72μm;冷冻温度为-5?C时,孔隙呈现无序状,低于-10?C时呈现层状孔隙形貌,冷冻温度越低,孔径越细小,-30?C时平均孔径为63μm;颗粒粒径影响孔隙的轮廓线及陶瓷璧表面粗糙度,小颗粒粒径的多孔陶瓷,轮廓线清晰,表面越光滑,冰晶形貌复制越完整;甘油含量由3 vol.%增加到6 vol.%,孔径由109μm下降到46μm,陶瓷壁厚由49μm减小到22μm,甘油含量继续增加对孔径和陶瓷壁厚影响不大,孔隙由层状向蜂窝状转变,甘油含量12 vol.%时,孔隙完全转变为蜂窝状。本文采用定向冷冻铸法制备层状Si C多孔陶瓷工艺通过控制固相含量、冷冻温度、甘油含量、颗粒粒径,调节层状Si C多孔陶瓷孔隙形貌、孔隙率,制备出定向的层状Si C多孔陶瓷。