刘海林[1]2004年在《反应烧结碳化硅凝胶注模成型工艺及烧结体性能研究》文中研究表明本论文利用凝胶注模成型工艺制备碳化硅／碳素坯，然后采用反应烧结工艺制备出碳化硅陶瓷，以期解决大尺寸、复杂形状、微观结构均匀碳化硅陶瓷制品的制备技术。在材料的制备过程中主要对凝胶注模成型工艺中低粘度、高固相含量碳化硅／炭黑料浆的制备、料浆中单体的同步均匀聚合以及碳化硅／碳素坯和反应烧结碳化硅的结构和性能进行了研究。主要研究内容和结果如下： (1)采用两种炭黑和叁种碳化硅粉体制备高固相含量碳化硅／炭黑料浆，研究了不同粒径碳化硅粉料、不同种类炭黑粉料对高固相含量碳化硅／炭黑料浆流变性能的影响。发现利用单一粒径分布的碳化硅粉料难以制备较高固相含量的碳化硅／炭黑料浆，采用级配碳化硅粉料可以提高碳化硅／炭黑料浆的固相含量。另外，炭黑的种类对碳化硅／炭黑料浆的流变性能影响较大。在优化工艺条件下，采用N990炭黑和级配碳化硅粉料制备出了司相体积分数为70vol％、50 S~(-1)剪切速率下的粘度为1.6Pa·S的碳化硅／炭黑料浆，满足凝浇注模成型工艺的要求。 (2)对碳化硅／炭黑料浆中单体的聚合进行了研究。采用室温固化、微波加热固化以及延长料浆固化诱导期叁种方法来解决料浆中由于温度梯度的存在而造成的料浆非同步均匀固化问题。通过改变引发剂的加入量来调整料浆的聚合诱导期，使料浆的聚合固化发生在料浆达到传热平衡之后，从而实现了料浆的同步均匀固化，为大尺寸、微观结构均匀样品的制备奠定了基础。 (3)研究了料浆中单体含量以及单双功能团单体的比例对坯体强度的影响。发现随着单体含量以及单双功能团单体比例的增加，成型坯体强度有所增加。当单体与水的比例为20:80，MBAM与AM比例为(?):9时，素坯强度在8MPa左右，能够保证样品脱模时具有足够强度，同时样品的干燥收缩率在1％以下。 (4)研究了反应烧结碳化硅的显微结构和性能。通过对反应烧结碳化硅显微结构的分析，认为反应烧结机理为溶解—沉淀机理。凝胶注模成型制备的反应烧结体结构均匀，利用级配粉料制备的反应烧结碳化硅weibull模数达到12.05，平均弯曲强度达到367.69MPa。
尹茜[2]2007年在《反应烧结碳化硼/碳化硅复合材料的研究》文中研究指明反应烧结碳化硅陶瓷材料具有优异的耐高温、抗氧化、抗热震、耐磨损、热膨胀系数小、热导率大和耐化学腐蚀等性能,广泛应用于冶金、建材、化工、国防等工业领域。虽然反应烧结碳化硅具有许多优点,但由于制品中较高的游离硅含量会增加制品的脆性,降低了制品的硬度。凝胶注模工艺是建立在传统陶瓷注浆成型技术和高分子化学理论的基础上的一种新的成型工艺,是通过有机单体聚合反应实现浆料的原位成型的净尺寸成型方法。凝胶注模工艺成型的坯体具有密度均匀、致密度高、强度大、可进行机械加工等特点。为了提高反应烧结碳化硅的力学性能,本课题以碳化硼颗粒为增强相,采用凝胶注模成型工艺制备反应烧结B_4C/SiC复合材料。通过对低粘度、高固相含量碳化硼/炭黑/碳化硅浆料的制备技术以及凝胶注模成型工艺参数的研究,制备出了结构均匀、致密度高的反应烧结碳化硼/碳化硅复合陶瓷,并对坯体和烧结试样的力学性能及微观结构进行了测试分析。本文系统研究了碳化硼/炭黑/碳化硅料浆制备过程中不同碳化硅颗粒级配、碳化硼含量和碳化硼颗粒大小、球磨时间、料浆pH值、固相含量对料浆粘度的影响。制备出了固相含量高达55vol%,B_4C含量为20wt%流变性能够满足凝胶注模工艺要求的碳化硼/炭黑/碳化硅料浆。通过改变引发剂用量、环境温度以及缓凝剂用量可以控制聚合反应的诱导期,从而保证浇注过程的顺利进行,有利于制备均匀性好、致密度高的反应烧结B_4C/SiC陶瓷坯体。通过对凝胶注模成型反应烧结碳化硼/碳化硅坯体及烧结试样的性能研究表明;坯体的线收缩率随固含量及碳化硼含量的增加而降低;弯曲强度随着固含量的增加而增大,当固含量为55vol%时强度达到24.3MPa。烧结体的密度随着碳化硼含量的增加而下降;试样的断裂韧性随碳化硼含量的增加而呈现先增加后减小的趋势。当碳化硼含量为10wt%时,断裂韧性达到最大值5.07MPa·m~(1/2);烧结体的硬度随着碳化硼含量的增加而增加,当碳化硼含量达20wt%时,硬度达到94.5HRA。坯体和烧结试样的显微结构分析发现,凝胶注模坯体颗粒堆积致密,均匀分散,烧结试样的显微结构均匀致密,具有良好的微观性能。对烧结体的X射线衍射分析说明,烧结体的晶相组成为α-SiC、Si、β-SiC和B_4C,没有发现未参加反应的碳。
王静[3]2009年在《反应烧结碳化硅基复合材料的研究》文中研究表明反应烧结碳化硅既具有碳化硅陶瓷耐高温、耐磨损、抗氧化、抗热震以及高硬度、高热导率等优异性能,又具有烧结工艺简单、烧结时间短、净尺寸烧结等优点,这使得RBSC实现了大规模的工业应用,具有广阔的应用前景。但是由于反应烧结碳化硅中含有一定量的游离硅,限制了反应烧结碳化硅的使用温度,降低了硬度等力学性能。因此,本论文采用凝胶注模工艺制备反应烧结碳化硼/碳化硅复合材料,以提高碳化硅陶瓷的性能,进一步扩大其应用范围。本论文采用凝胶注模成型工艺制备反应烧结碳化硅基复合材料,研究了凝胶注模工艺参数对炭黑/碳化硅浆料及坯体性能的影响;具有不同粒径的碳化硅颗粒间的级配对反应烧结碳化硅坯体及烧结体性能的影响;以及碳化硼作为增强相对反应烧结碳化硼/碳化硅浆料、坯体及烧结体性能的影响。目前,反应烧结碳化硅多采用注浆工艺成型,制备的坯体存在密度不均匀、易开裂等问题。本课题采用凝胶注模成型工艺,通过有机单体的聚合反应实现原位成型,采用净尺寸成型方法制备反应烧结碳化硅基复合材料坯体,成型的坯体具有结构均匀、致密度高、强度大等特点。通过对凝胶注模成型工艺参数的研究,制备出了固相含量高达60vol%、流变性能满足凝胶注模工艺要求的炭黑/碳化硅浆料,成型后的坯体结构均匀、致密度高,具有较高的机械强度,解决了采用其他成型方法制备的反应烧结碳化硅难于进行后续机械加工的问题。为保证反应烧结的渗硅过程中硅与碳的充分反应,坯体需要具有适当的致密度,既能保证硅的渗入,又能保证坯体及烧结体具有满足应用要求的力学性能。因此,本实验通过调节不同粒径的碳化硅颗粒级配,制备具有一定致密度的坯体,研究原料颗粒级配对坯体密度及烧结体密度的影响。通过对原料颗粒级配的研究,确定了当细碳化硅粉(粒径为3μm)与粗碳化硅粉(粒径为20μm)质量比为3:1时,凝胶注模成型的坯体结构均匀、能够进行机械加工,具有足够的气孔率以保证反应烧结时液硅能够充分渗入坯体内部,与坯体内的碳反应生成碳化硅;同时,凝胶注模成型得到的坯体具有足够的致密度和强度,能够进行机械加工,得到的反应烧结碳化硅具有较高的致密度和力学性能,能够满足在应用中对碳化硅陶瓷力学性能的要求。由于反应烧结碳化硅中存在一定量的游离硅,降低了碳化硅的硬度,因此本课题在反应烧结碳化硅中添加B_4C颗粒来提高基体材料的硬度等力学性能。本课题以SiC、B_4C粉末和碳黑为原料,采用凝胶注模工艺成型,制备反应烧结B_4C/SiC复合材料。研究了B_4C含量及粒度对浆料粘度的影响,以及SiC分散剂TMAH加入量对坯体表面质量的影响、缓聚剂乙酰丙酮加入量对单体聚合诱导期长短的影响。通过一系列的实验,确定了B_4C/SiC陶瓷浆料的凝胶注模成型工艺的工艺参数,制备出了流动性良好、粘度较低的陶瓷浆料,成型后的复合材料坯体表面光滑、致密度较高。通过碳化硼的增韧作用,碳化硅复合材料的硬度、断裂韧性等力学性能有一定程度的提高,进一步扩大了碳化硅陶瓷的应用领域。通过系统的研究,本实验制备出了流动性良好、满足凝胶注模工艺成型要求的炭黑/碳化硅以及炭黑/碳化硼/碳化硅浆料,并且通过添加碳化硼颗粒,较好的提高了反应烧结碳化硅基复合材料的硬度以及断裂韧性,在一定程度上扩大了碳化硅基复合材料的应用范围。
刘开松[4]2011年在《凝胶注模成型制备反应烧结碳化硅性能的研究》文中提出制备高强度的反应烧结碳化硅一直是碳化硅陶瓷研究的难题之一,关键因素是制备结构和密度均匀的陶瓷坯体。凝胶注模工艺制备的坯体具有密度均匀、强度高等优点。本文通过对亚微米级的碳化硅粉包覆改性以及炭黑的分散性能的研究,提高了原料的分散性,制备了低粘度稳定分散的碳化硅/炭黑陶瓷料浆；通过调整凝胶注模成型的工艺参数,制备了结构均匀的反应烧结碳化硅素坯。对比了压制成型与凝胶注模成型对陶瓷坯体结构和烧结体强度的影响,研究了烧结体的结构与性能的关系,采用低温烧结的工艺,获得了细晶反应烧结碳化硅。主要研究结果如下：(1)研究了炭黑在水中的分散性能,通过对碳化硅粉体的表面改性处理,提高了原料颗粒在水中的分散性,以单一粒径亚微米级(0.8μm)碳化硅粉和炭黑(0.38gm)成功制备了固含量54vo1%,粘度为750mPa·s的料浆；(2)研究了凝胶注模成型工艺的影响因素,通过真空搅拌消泡和控制单体聚合反应的温度以及单体和交联剂的比例等,实现了料浆均匀的固化,制备了强度为14MPa的反应烧结碳化硅陶瓷坯体,并成功获得了复杂异形件坯体；(3)通过计算素坯总碳密度的方法实现了对于不同成型工艺下反应烧结碳化硅烧结体密度及物相组成的准确控制,这一结果对于反应烧结碳化硅配料具有重要参考意义和实用价值；(4)以亚微米的碳化硅粉和炭黑制备了抗弯强度为693MPa的细晶反应烧结碳化硅陶瓷,材料的显微硬度达到27.2GPa,超过了一般热压烧结碳化硅的硬度平均值。(5)对比了压制成型工艺对素坯结构均匀性的影响,讨论了反应烧结碳化硅结构与性能的关系。对于细晶碳化硅陶瓷,游离硅的分布形态和尺寸很大程度上影响材料的强度。
唐婕[5]2003年在《水基碳化硅/炭黑料浆冷冻浇注成型工艺研究》文中提出冷冻浇注成型是近年来发展起来的一项新的陶瓷胶态成型工艺。该工艺可以实现陶瓷近净尺寸成型，避免坯体干燥过程产生收缩开裂及避免水溶性组分在一般干燥过程中产生的浓度偏析，特别是这种工艺可以制备出具有特殊的定向直孔结构的多孔陶瓷，从而引起人们的极大关注。本文以水基碳化硅／炭黑料浆作为主要研究对象，对冷冻浇注成型的工艺原理、影响因素和制备过程以及成型坯体的结构性能进行了深入的研究，同时研究了冷冻浇注成型碳化硅／炭黑坯体的反应烧结工艺和烧结后制品的性能。 本文从理论和实验方面对水的冷冻过程进行了分析，讨论了结冰膨胀和过冷现象以及冰晶的生长情况。实验发现水基料浆的冷冻膨胀率低于按料浆中所含水分计算的体积膨胀率，发现微小的炭黑颗粒和制备料浆使用的水溶性分散剂可以提高水的过冷温度，降低水的冰点。 本文研究了水基碳化硅／炭黑料浆在温度场定向分布的模具中进行冷冻浇注成型坯体的结构特征，分析了料浆的固相含量对坯体结构的影响。实验结果显示固相体积分数低于40vol％的料浆冷冻浇注成型的坯体，具有定向贯通直孔道的结构；固相体积分数高于55vol％的料浆冷冻浇注成型的坯体气孔细小、结构较为均匀。在此基础上，用固相体积分数为35vol％的碳化硅／炭黑料浆制备定向直孔道多孔坯体。发现选择合适的炭黑含量和提高料浆粘度可以使坯体孔道横截面尺寸细小、均匀。对成型后的坯体进行了反应烧结，发现当硅加入量为坯体中炭黑含量的10倍时，可以制备出具有较高强度，较好的保留了坯体孔道结构特征的多孔碳化硅陶瓷；当硅加入量为坯体炭黑含量的20倍时，可以制备出致密的具有定向层状交替排列结构的硅／碳化矸复相材料。同时对固相含量为55vol％以上的水基碳化硅／炭黑料浆冷冻浇注成型坯体的结构以及反应烧结后烧结体的结构和性能进行了研究，发现反应烧结后，坯体中含有较多的气孔。 本文以水基碳化硅／炭黑料浆为基础，将冷冻浇注成型工艺与反应烧结技术相结合，为碳化硅陶瓷的制备提供了新思路，特别是对制备具有定向贯通直孔道结构的多孔碳化硅陶瓷以及对多孔陶瓷材料的发展有重要的意义。
李欢欢[6]2009年在《高性能碳化硅的成型及烧结工艺研究》文中研究表明本论文以国产亚微米级SiC粉体为原料,通过粉体预处理、分散剂表面改性,制备出高固含量、低粘度的SiC水基浆料。对改性后粉体的粒度,测试浆料的粘度、悬浮稳定性进行了分析测定,根据实验结果,确定粉体采用碱洗的方式即可有效打开团聚,添加0.1wt%的羧甲基纤维素(CMC)作为分散剂,氨水调pH至9.5～11之间,制备出固相含量53vol%、粘度300～450mPa·S的SiC稳定浆料,并成功注浆;四甲基氢氧化铵(TMAH)代替浓氨水添加至CMC-SiC浆料中,粘度明显下降,TMAH-CMC对SiC浆料的分散效果更好。氧化铝-氧化钇作烧结助剂,注浆成型SiC坯体进行无压烧结,并对SiC陶瓷的失重率、致密度、硬度、显微形貌等进行了测试分析。研究表明,烧结温度和烧结助剂对材料的失重率、致密性、硬度等性能影响较大,在1950℃、烧结助剂添加量为wt10%时,SiC陶瓷的致密度达到98.9%,维氏硬度为29.6GPa。实验还采用凝胶注模成型工艺烧结制备了SiC陶瓷,探索了获得高强度坯体的具体工艺参数,对坯体干燥的线收缩率、抗弯强度以及SiC陶瓷的致密度和抗弯强度进行了测试。结果表明,真空脱气过程对坯体影响显着;在单体15wt%、交联剂2.5wt%、引发剂0.1wt%的配方下可获得抗弯强度为28.3MPa的均匀坯体;当烧结温度为2000℃,氧化铝-氧化钇添加量为10wt%时,陶瓷的致密度为89.1%,抗弯强度为238.6MPa。
袁志勇[7]2014年在《树脂碳源反应烧结碳化硅陶瓷凝胶注模成型机理研究》文中认为反应烧结碳化硅陶瓷具有优异的力学性能、热学性能和化学稳定性,广泛应用于航空发动机、空间反射镜、燃气轮机以及其他领域。实际工业应用中,对碳化硅陶瓷结构均匀性、几何形状的复杂性和制备成本提出了越来越高的要求。使用先进的陶瓷成型工艺是解决上述问题的一种有效途径。以有机单体聚合理论和注浆成型工艺为基础开发出来的凝胶注模成型,通过高分子有机单体聚合交联成叁维网络结构实现陶瓷浆料原位成型,制备的陶瓷素坯具有优异的结构和性能。凝胶体系是凝胶注模成型工艺的核心。针对目前凝胶注模成型常用的丙烯酰胺体系毒性大、氧阻聚的问题,本文选用低毒性热固性酚醛树脂和糠醇为聚合物质,研究了聚合物质的聚合过程和聚合机理。通过改变糠醇/酚醛树脂质量比、固化促进剂—苯磺酰氯的用量和环境温度,实现了凝胶体系的可控聚合固化。结果表明,酚醛树脂在乙二醇中的缩聚反应速度较慢,用等质量的糠醇取代部分酚醛树脂后,树脂的缩聚反应提前。温度效应曲线表明树脂的缩聚反应可分为凝胶反应和固化反应两个阶段;随着凝胶体系中糠醇、固化促进剂用量增加和环境温度的升高,树脂凝胶反应和固化反应速率均增加,体系凝胶固化所需时间大幅减少。本研究中,经固化、碳化后的凝胶体系为反应烧结碳化硅的形成提供碳源。本论文还研究了多孔碳孔形成机理以及树脂浆料的组成、碳化温度对多孔碳孔结构的影响。树脂浆料在凝胶固化过程中发生了聚合诱导相分离,聚合反应前后树脂相和乙二醇相相容性发生变化,固化后得到富聚合树脂相和富乙二醇相的两相复合体。经固化和碳化后,聚树脂相形成碳骨架,乙二醇相完全挥发后在碳骨架中形成孔。当乙二醇的质量低于聚合物质的质量时,裂解后的多孔碳中只存在孤立的圆形孔;当乙二醇的质量大于或等于聚合物质的质量时,体系在固化过程中形成连续的富乙二醇相,连续聚乙二醇相的移除在多孔碳骨架中形成叁维连通状孔隙。随着浆料中糠醇/酚醛树脂质量比以及固化促进剂用量的增加,浆料凝胶固化速率加快,体系移除挥发性缩聚产物和乙二醇的速度更快,同时固化体的固化程度更高,引起多孔碳的平均孔径、显气孔率以及孔体积均增加。低粘度、高固相含量、分散稳定的陶瓷浆料的制备是凝胶注模成型工艺的前提和关键。以粒径为3μm和45μm的双峰碳化硅颗粒为基体材料,通过选用聚乙二醇400为分散剂和采用球磨工艺,实现了双峰碳化硅在酚醛树脂/糠醇/乙二醇树脂浆料中的均匀分散,研究了分散剂用量、颗粒级配以及固相含量对陶瓷浆料粘度、流变性能和稳定性的影响和作用机理。当分散剂用量为1.0 wt.%,粗细Si C颗粒掺和比为7:3时,制备了固相含量为55~70 wt.%满足凝胶注模成型工艺要求的Si C/树脂陶瓷浆料。陶瓷浆料经真空除气、凝胶注模成型后制备了具有复杂形状的Si C/多孔碳陶瓷素坯,对坯体的结构和性能进行了表征。树脂浆料固化体将粗细碳化硅颗粒连接在一起实现陶瓷素坯的成型,同时固化体提供素坯强度来源。随固相含量从55 wt.%增加到70 wt.%,样品在凝胶固化和碳化过程中的线性收缩减少,可有效抑制样品发生弯曲变形和开裂;固化体的弯曲强度降低,但均满足机械加工的要求;素坯的孔隙率降低,体积密度增加。Si C/多孔碳陶瓷素坯经反应烧结制备了致密、结构均匀、性能优越的大尺寸、复杂形状反应烧结碳化硅陶瓷。Si C/多孔碳的反应烧结过程符合溶解-沉淀机理,溶解在液相硅中的碳原子扩散迁移到初始α-Si C表面,并以β-Si C的形式沉积在α-Si C表面,β-Si C的外延生长将初始α-Si C颗粒连接在一起形成材料的骨架结构。随固相含量的增加,烧结体中碳化硅含量增加,游离硅含量减低,体积密度增加,同时弯曲强度和断裂韧性均增加。当固相含量为70 wt.%时,新生成的β-Si C将初始α-Si C粘结在一起形成材料的骨架结构,此时游离硅含量仅为17.2%,烧结体的密度、弯曲强度和断裂韧性分别达到3.06 g/cm3、358±16 MPa和4.22±0.13 MPam1/2。
叶春燕[8]2007年在《反应烧结SiC及其复合材料的合成与制备》文中研究表明纯碳反应烧结碳化硅(Pure Carbon Reaction Bonded Silicon Carbide，简称PCRBSC)是在传统反应烧结碳化硅(Reaction Bonded Silicon Carbide，简称RBSC)的基础上发展起来的一种新型的反应烧结碳化硅陶瓷材料，且目前采用干压成型法、注浆成型法制备PCRBSC已经获得成功。本文主要探索一种高性能坯体成型技术—凝胶注模法成型PCRBSC的工艺及性能。同时为了改善RBSC陶瓷材料固有的脆性，将碳化硅晶须(SiC_W)引入RBSC体系，提出了一种制备致密化SiC_W／SiC复合材料的思路并做了初步的探索。凝胶注模成型是制备高性能坯体的一种有效方法，获得高固相体积含量(≥50vol％)、低粘度的料浆是成型的关键所在，但炭黑粒子由于粒径很小(30nm左右)，表面积很大，所以易团聚而难以分散均匀。且料浆固相含量过高时，成型的坯体碳密度也会过高而导致烧结困难。为了解决炭黑的分散及成型后坯体碳密度过高的问题，通过加入成孔剂制备了一种低密度的二次炭黑粒子，然后再凝胶注模成型。研究表明，通过制备二次粒子，采用合适的分散剂、级配工艺可以得到高固相、低粘度的料浆且成型后的坯体碳密度合适。最终通过反应烧结获得了密度为3.08g／cm~3，室温叁点抗弯强度为432MPa的PCRBSC材料。碳化硅陶瓷由于固有的脆性，限制了其使用范围，反应烧结法制备SiC_W／SiC复合材料主要研究采用晶须增韧的方法制备一种致密化SiC基复合材料。但采用渗硅反应烧结法制各SiC_W／SiC复合材料有一个致命的缺点，SiC_W极易在熔融硅中溶解再析出，所以对SiC_W进行保护十分必要。本文采用了溶胶—凝胶法在SiC_W上涂覆了一层Al_2O_3进行保护，在1650℃的高温下烧结SiC_W仍有保留，说明涂层起到了一定的保护作用，材料的断裂韧性也有一定提高。通过断口形貌观察，有明显的晶须拔出。本实验主要是通过初步的研究为这种材料的制备提供了一种可能性。
邓明进[9]2010年在《高性能反应烧结碳化硅陶瓷材料制备及其性能研究》文中提出反应烧结SiC陶瓷材料诞生半个多世纪以来,已经在国民经济各领域得到广泛应用。目前实验室条件制备的RBSC陶瓷材料性能(d=3.1g/cm3,σf=1.2GPa)远高于工业产品,已有的研究证实,采用超细SiC原料是获得高强度RBSC陶瓷材料的关键,但超细原料极易导致烧结过程中的渗硅阻塞和烧结爆裂,因此研究RBSC陶瓷的烧结缺陷产生机理,开发性能更加优异的RBSC陶瓷材料,具有重要理论意义和社会、经济效益。本论文研究了原料杂质及素坯结构对RBSC陶瓷材料缺陷形成的机理,采用粉体改性、颗粒整形、提纯以及原位凝固成型的方法,获得了具有细晶粒结构的高强度RBSC陶瓷材料。具体在以下几方面进行了研究：研究了在不同素坯碳密度时,以粗(14μm)、细(1.2μm)颗粒SiC原料制备的RBSC陶瓷材料,其内部缺陷的形成机制,并对RBSC陶瓷材料中游离Si形成的残余应力进行了理论计算。结果发现：细颗粒SiC原料采用较低的素坯碳密度才能制备出完全烧结的RBSC陶瓷材料,其机理是素坯中的毛细管小,容易造成渗Si阻塞。通过应力计算发现,对于含Si的二元体系RBSC材料,游离Si是导致材料中过大残余应力的原因,除了原料SiC的粒径外,材料中游离Si的尺度对RBSC材料的强度有决定性的影响。对杂质反应的吉布斯自由能、反应起始温度、平衡常数和气体的平衡分压进行了热力学计算。结果表明：Al2O3与C的反应起始温度为2031℃,在真空、低温烧结时对反应过程影响不大。SiC颗粒中影响烧结过程的主要杂质是Fe2O3和SiO2,在1400℃时,Fe2O3、SiO2与C反应的平衡常数分别为8.486×1011和4.216,通过烧结前的保温可以消除Fe2O3对渗硅阻塞的影响。SiO2与C反应产生CO气体,当素坯内部温度达到1700℃,CO气体的平衡分压达3.69×103KPa,其排出过程主要表现为CO气体在液Si中的鼓泡和O原子在液Si中的扩散,这是造成烧结爆裂和渗Si阻塞的主要原因。研究了SiC颗粒的提纯工艺对RBSC陶瓷材料的烧成密度、显微结构和抗折强度的影响。结果表明：提纯后细晶粒RBSC陶瓷材料的密度由提纯前的2.9834g/cm3增加到3.0513g/cm3,抗折强度由455MPa提高到545MPa。说明减少原料杂质含量可以减小素坯在烧结过程中的产气量,降低渗硅阻力,RBSC陶瓷材料的密度和抗折强度得以提高。研究了整形工艺对料浆粘度和RBSC陶瓷材料抗折强度的影响。结果发现：整形后的1.2μmSiC在注浆成型工艺中制备料浆的粘度由整形前的2412 mPa-s降低到495 mPa·s(转速为12 r.min-1),素坯密度由1.9260g/cm3提高到1.9898g/cm3,RBSC陶瓷材料的抗折强度由526MPa提高到578MPa。说明整形工艺可以改善素坯孔结构、减小烧结体中的游离Si尺寸,提高素坯密度和RBSC陶瓷材料的抗折强度。为了满足原位凝固成型需要,对SiC和C进行了表面改性,研究了改性工艺对料浆粘度的影响以及素坯碳密度对烧结体密度和抗折强度的影响。结果表明：原料改性使料浆粘度由2188 mPa-s降低到299 mPa-s(转速为12 r.min-1)。当素坯的碳密度为0.8406g/cm3时,对应烧结体的密度和抗折强度分别为3.0977g/cm3和893MPa,烧结体的显微结构中游离Si分布均匀,大小普遍在1μm以下。说明料浆粘度降低是制备高度均匀素坯的基础,高度均匀的素坯结构是获得高性能RBSC陶瓷材料的关键。研究了烧结工艺对RBSC陶瓷材料抗折强度和晶粒尺寸的影响。结果表明：在真空烧结条件下,晶粒基本不发生长大,烧结体的抗折强度分别为541MPa；在Ar保护烧结工艺下,烧结体的晶粒尺寸由原始的1.2μm长大到5-7μm,烧结体的抗折强度为244MPa。说明晶粒尺寸长大是RBSC陶瓷材料抗折强度大幅降低的主要原因。
陈玉峰[10]2003年在《碳化硅/炭黑水基料浆凝胶注模成型的研究》文中研究表明提高可靠性和降低制备成本是制备复杂形状陶瓷制品所面临的主要问题，发展先进的成型工艺是解决以上问题的关键。在陶瓷材料先进成型技术中，凝胶注模成型是制备大尺寸、复杂形状坯体的一种有效方法。本文通过对高固相含量低粘度碳化硅／炭黑料浆制备技术以及碳化硅／炭黑料浆中丙烯酰胺单体自由基聚合的聚合机理及影响聚合的因素的研究，实现了碳化硅／炭黑料浆的凝胶注模成型工艺，制备出了结构均匀、复杂形状的的反应烧结碳化硅素坯。这一成果对于含碳陶瓷料浆的凝胶注模成型工艺以及大尺寸、复杂形状碳化硅制品的近净尺寸制备技术具有重要的指导意义。主要获得的研究成果如下： 首次系统地研究了碳化硅／炭黑料浆中丙烯酰胺单体自由基聚合的过程特征和聚合机理，提出了降低引发体系中自由基活性以延长聚合诱导期和提高单体聚合转化率的思路，采用在APS—NHS引发体系中添加乙酰丙酮调整自由基活性的方法，实现了碳化硅／炭黑料浆中丙烯酰胺单体的可控聚合固化。这一成果对于含碳陶瓷料浆的凝胶注模成型工艺具有重要理论指导意义和实际使用价值。 首次系统地开展了与碳化硅／炭黑料浆制备中提高固相含量相关的理论及碳化硅／炭黑料浆制备技术的研究，发现炭黑的存在与其分散性能的好坏是直接影响碳化硅／炭黑料浆的流变性能和粘度的主要原因，改善炭黑的分散性能是制备高固相含量碳化硅／炭黑料浆的关键，通过对炭黑在水基溶液中的胶态特性和炭黑颗粒表面官能团对炭黑分散性能影响机制的分析，采用羟基或内酯基含量高的炭黑、采取分批加料的球磨工艺并选择优化的工艺条件制备出了固相体积分数达到65％、流变性能能够满足凝胶注模成型工艺要求的碳化砖／炭黑浓悬浮体料浆。这一研究成果对于制备高固相含量的含炭黑陶瓷料浆具有普遍的指导意义。 采用单体聚合反应的热效应来表征含有陶瓷粉体的单体聚合体系的聚合过程方法，首次采用该方法分析了含有陶瓷粉体聚合体系的聚合热效应与单体聚合转化率的关系。该方法对于不同的聚合体系具有普遍的适用性。经误差分析，测试误差在5％以内。 通过对凝胶注模成型工艺制备的碳化硅／炭黑坯体的干燥过程、气孔分布、显微结构及均匀性的系统研究，制备出了具有复杂形状结构的碳化硅／炭黑成型坯 摘要体。成型坯体的干燥收缩率小于0.3%，密度分布的标准偏差为0.32%，反应烧结过程中，坯体的收缩率小于0.2%。这充分表明采用凝胶注模成型工艺与反应烧结工艺相结合是制备形状复杂、高精度碳化硅陶瓷制品的一种有效方法。
参考文献：
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