磷酸盐结合SiC多孔陶瓷的制备及性能研究

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碳化硅(SiC)多孔陶瓷具有高孔隙率、高比表面积、力学性能优异等优点。在高温烟气过滤,净化工业废水等方面具有很好的发展前景。通常烧结SiC多孔陶瓷需要很高的烧结温度,工艺复杂且成本较高。本文通过使用粘结性能良好,且具有优异高温稳定性的磷酸盐,有效的降低了烧结温度,并采用冷等静压成型结合无压烧结技术制备了高孔隙率、高强度且高温性能优异的SiC多孔陶瓷。首先,选用ZrO2、SiO2、Al2O3分别与液体磷酸混合并与SiC粉体混合均匀,在1200°C的惰性气氛中无压烧结制备SiC多孔陶瓷,研究了磷酸盐结合SiC多孔的烧结机理以及孔隙结构的控制方法,并探明了不同的磷酸盐添加量与SiC多孔陶瓷力学性能和热学性能之间的关系。结果表明:磷酸盐的添加量均能对SiC多孔陶瓷的孔隙率和强度起到调节作用。在三种体系中,SiP2O7-SiC体系具有最高的孔隙率,孔隙率变化范围为43.252.1%,抗弯强度为9.233.5MPa;ZrP2O7-SiC体系的孔隙率变化范围为39.646.1%,抗弯强度为17.539.9MPa;AlPO4-SiC体系具有良好的结合效果,AlPO4-SiC体系的孔隙率变化范围为42.048.6%,AlPO4-SiC体系的抗弯强度为23.048.7MPa。磷酸盐结合SiC多孔陶瓷在高温下具有结构稳定性,在1000°C下仍具有较高的抗弯强度,且热膨胀系数小。随后,研究了SiC原料粉在高温下的氧化行为,对颗粒表面的氧化层进行表征,拟合SiC颗粒的氧化模型。研究了原位制备磷酸盐结合SiC多孔陶瓷的制备原理,并研究了SiC多孔陶瓷的孔隙结构变化规律,以及对孔隙率的调控作用。对陶瓷的力学、热学以及耐腐蚀性做了相关的研究,制备了具有高孔隙率、高强度、低热膨胀系数以及抗热震性和耐腐蚀性良好的SiC多孔陶瓷。结果表明:通过对SiC原料粉进行高温预处理,能在颗粒表面形成一层均匀且致密的氧化层。制备的SiC多孔陶瓷孔隙率变化范围为58.3970.42%,孔径变化范围为0.2840.682μm,通过调节磷酸的添加量能对材料的孔隙率精准调控。材料具有较高的抗弯强度,抗弯强度在磷酸添加量为15wt.%时达到最大,常温抗弯强度变化范围为16.2136.11 MPa,1000°C时的抗弯强度变化范围为20.3542.05 MPa。抗热震性能良好,在热循环冲击的温度范围为8001200°C时,抗热震损失率为2.3414.31%,热膨胀系数的变化范围为3.9665.932×10-6/°C,同时具有较强的耐酸腐蚀性,材料经过盐酸腐蚀后的质量损失率仅为0.487%。
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