学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

凝胶注模SiC-AlN复相陶瓷的制备工艺与性能研究

作 者: 袁彪
导 师: 贾德昌
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 材料学
关键词: 凝胶注模 液相烧结 固溶体 SiC-AlN复相陶瓷 力学性能
分类号: TQ174.62
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 12次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


碳化硅陶瓷因具有高温强度高、比重轻、高热导率、抗氧化、耐化学腐蚀、耐磨损性好、热膨胀系数小等优良特性,在国民经济领域获得广泛的应用。但碳化硅的共价键合很强,晶界能和表面能之比过高,扩散系数低,很难制备出致密的烧结体。由于AlN和SiC材料在原子尺寸、晶体结构上非常相似,能在1800~2100℃的温度范围内形成固溶体,有效地改善材料的力学性能和微观组织结构。本文以SiC、AlN和Y2O3为原料,成分以SiC为主体,AlN含量在7wt%~20wt%,添加剂Y2O3含量为3wt%,采用凝胶注模成型的方法制备SiC-AlN复相陶瓷。系统地研究了浆料制备工艺条件对流变学性能的影响规律;单体含量、固相体积分数对坯体性能的影响规律及坯体排胶工艺;进而研究了成分配比、烧结温度、固相含量对SiC-AlN复相陶瓷的显微组织结构和性能的影响规律。结果表明:由于AlN成分较少,AlN的水解对凝胶注模成型的影响在可接受范围之内,水解产物在烧结过程中可作为烧结助剂促进致密化。通过对SiC-AlN浆料流变学性能研究得到最佳工艺参数:PH值13.00~13.10,分散剂含量0.2wt%,单体AM含量5wt%,混料时间10h,可制备出流动性较好,固相体积分数40vol%的SiC-AlN浆料。另外,AlN含量过多,水解程度增大,浆料稳定性恶化。单体含量和固相体积分数越高,坯体强度也越高,可对其进行机加工。但同时也造成坯体成分不均匀,排胶时易出现变形开裂。单体含量5wt%,固相体积分数40vol%,所制备的坯体抗弯强度14.2MPa,收缩率3.4%,致密度42.2%,可满足凝胶注模成型坯体的要求。坯体表面喷洒质量分数20wt%的聚乙二醇(PEG)溶液,可大大减轻表面起皮现象。通过对坯体TG/DTA热分析,最终制定坯体排胶制度:1.5℃/min升至600℃,保温2h,最后随炉冷却至室温。随着AlN含量的增加,SiC-AlN固溶体增加,晶粒细化,断裂方式由穿晶断裂过渡至沿晶断裂,裂纹扩展产生绕道与偏转效应,材料的力学性能大为改善。AlN含量为12wt%时,复相陶瓷密度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别为2.94g/cm3,329.5MPa,5.49MPa·m1/2,299.6GPa。AlN进一步增加,复相陶瓷由于失重率较高,坯体成分不均而导致力学性能下降。而烧结温度的提高,也导致SiC-AlN复相陶瓷力学性能也大幅提高。当烧结温度为2050℃时,AlN含量10wt%,其密度、抗弯强度,断裂韧性,弹性模量分别达到2.95g/cm3,365.8MPa,5.31 MPa·m1/2,308.9GPa。随着固相含量的增加,SiC-AlN复相陶瓷的力学性能相应提高。烧结温度不变,AlN含量一定,不同固相含量的复相陶瓷中的固溶体含量在中基本不变。在一定范围内,AlN含量和烧结温度越高,生成的固溶体越多。经过高达1000℃的热震后,SiC-AlN复相陶瓷残余抗弯强度大幅下降,热震前后断口形貌显著改变,表面有氧化膜的形成,且AlN含量越多,表面氧化膜越致密。

全文目录


摘要  4-6Abstract  6-11第1章 绪论  11-23  1.1 前言  11-12  1.2 碳化硅材料概述  12-15    1.2.1 SiC 晶体结构和性质  12-13    1.2.2 SiC 的性能和用途  13-15      1.2.2.1 SiC 的性能  13-14      1.2.2.2 SiC 的用途  14-15  1.3 AlN 陶瓷材料概述  15-16  1.4 凝胶注模成型工艺  16-18    1.4.1 凝胶注模成型工艺研究概况  16-17    1.4.2 凝胶注模成型在SiC 和AlN 陶瓷制备中的应用  17-18  1.5 SiC-AlN 复相陶瓷研究进展  18-21    1.5.1 SiC-AlN 复相陶瓷概况  18-19    1.5.2 SiC-AlN 复相陶瓷的烧结及性能研究进展  19-21  1.6 研究的目的、意义和主要内容  21-23    1.6.1 研究的目的和意义  21-22    1.6.2 研究内容  22-23第2章 试验材料与分析方法  23-32  2.1 试验用原材料  23-25    2.1.1 碳化硅粉末  23-24    2.1.2 氮化铝粉末  24    2.1.3 氧化钇粉末  24-25    2.1.4 化学原料  25  2.2 SiC-AlN 复相陶瓷成分、烧结温度、固相含量的设计  25-28    2.2.1 SiC-AlN 复相陶瓷成分设计方案  25-26    2.2.2 SiC-AlN 复相陶瓷烧结温度设计方案  26    2.2.3 SiC-AlN 复相陶瓷不同固相含量设计方案  26    2.2.4 SiC-AlN 复相陶瓷的水基凝胶注模制备工艺  26-28  2.3 试验研究方法  28-32    2.3.1 粉体粒度分析  28    2.3.2 密度的测定  28-29    2.3.3 抗弯强度和弹性模量  29-30    2.3.4 断裂韧性  30    2.3.5 浆料粘度测量  30    2.3.6 差热分析  30-31    2.3.7 材料的抗热震性能测试  31    2.3.8 X 射线衍射物相分析  31    2.3.9 扫描电镜观察及成份分析  31-32第3章 SiC-AlN 浆料的流变学性能  32-40  3.1 AlN 的水解实验  32-33  3.2 SiC-AlN 浆料流变学性能的研究  33-39    3.2.1 PH 值对SiC-AlN 浆料粘度的影响  33-34    3.2.2 分散剂含量对SiC-AlN 浆料粘度的影响  34-35    3.2.3 单体含量对SiC-AlN 浆料粘度的影响  35-36    3.2.4 Y_20_3助烧剂对SiC-AlN 浆料粘度的影响  36-37    3.2.5 混料时间对SiC-AlN 浆料粘度的影响  37-38    3.2.6 AlN 含量对SiC-AlN 浆料粘度的影响  38-39    3.2.7 固相含量对SiC-AlN 浆料粘度的影响  39  3.3 本章小结  39-40第4章 凝胶注模制备SiC-AlN 坯体及性能表征  40-48  4.1 不同单体含量坯体微观组织结构  40  4.2 不同单体含量坯体的性能  40-43  4.3 不同固相含量坯体的微观组织结构  43  4.4 不同固相含量坯体的性能  43-45  4.5 坯体脱脂工艺研究  45-46  4.6 坯体排胶后断口显微组织结构  46-47  4.7 本章小结  47-48第5章 SiC-AlN 复相陶瓷微观组织与性能研究  48-72  5.1 AlN 含量对SiC-AlN 复相陶瓷微观组织与性能的影响  48-58    5.1.1 AlN 含量对SiC-AlN 复相陶瓷密度和失重率的影响  48-49    5.1.2 SiC-AlN 复相陶瓷的物相组成  49-51    5.1.3 不同AlN 含量的SiC-AlN 复相陶瓷的断口微观组织  51-53    5.1.4 不同AlN 含量的复相陶瓷的力学性能  53-55    5.1.5 不同AlN 含量的SiC-AlN 复相陶瓷的热震残余抗弯强度  55-56    5.1.6 不同AlN 含量SiC-AlN 复相陶瓷热震后表面形貌  56-57    5.1.7 SiC-AlN 复相陶瓷热震后断口形貌  57-58  5.2 烧结温度对SiC-AlN 复相陶瓷微观组织与性能的影响  58-66    5.2.1 烧结温度对陶瓷密度和失重率的影响  58-60    5.2.2 不同烧结温度的SiC-AlN 复相陶瓷物相分析  60-61    5.2.3 不同烧结温度的SiC-AlN 复相陶瓷断口微观组织  61-62    5.2.4 烧结温度对力学性能的影响  62-63    5.2.5 不同烧结温度下复相陶瓷热震残余抗弯强度  63-64    5.2.6 不同烧结温度SiC-AlN 复相陶瓷热震后表面形貌  64-65    5.2.7 不同烧结温度SiC-AlN 复相陶瓷热震后断口形貌  65-66  5.3 固相含量对SiC-AlN 复相陶瓷微观组织与性能的影响  66-71    5.3.1 不同固相含量对复相陶瓷的密度和失重率的影响  66-67    5.3.2 不同固相体积分数的复相陶瓷物相分析  67-68    5.3.3 不同固相含量的SiC-AlN 复相陶瓷断口微观组织结构  68    5.3.4 不同固相体积分数对复相陶瓷的力学性能的影响  68-71  5.4 本章小结  71-72结论  72-73参考文献  73-78致谢  78

相似论文

  1. (ZrB2-ZrO2)/BN复合材料的反应热压烧结及其力学性能,TB332
  2. 超低碳贝氏体钢CO2激光-GMA复合焊接特性研究,TG456.7
  3. Mg-Zn-Y-Zr镁合金的组织结构和力学性能,TG146.22
  4. 废旧聚酯纺织品的回收再利用研究,X791
  5. ODPA/异构ODA共聚酰亚胺的合成及其性能研究,TQ323.7
  6. 镁合金板状坯材挤压参数的研究,TG379
  7. 芳纶1313织物及其增强硅橡胶复合材料的性能研究,TB332
  8. 滑石粉的改性研究及其对回收PP的增强增韧,TQ325.14
  9. 普碳钢中添加ZrO2纳米粒子对其组织和力学性能的影响,TB383.1
  10. 表面修饰石墨烯的制备及其对复合材料力学性能的影响,TB332
  11. 低摩擦高耐磨高纯氧化铝陶瓷的制备研究,TQ174.1
  12. 大直径PTT/PET皮芯型复合单丝成形工艺及性能的研究,TQ340.64
  13. 粘扣带结构与力学性能研究,TE931.2
  14. 轧制Mg-Zn-Ce-Zr(Mn)合金微观组织及力学性能研究,TG339
  15. 模拟月球环境温度下的镁合金显微组织与力学性能研究,TG146.22
  16. 基于富勒烯的纳米复合聚合物的研究,TB383.1
  17. 船用E级钢三丝GMAW对接焊工艺研究,TG457.11
  18. VARTM用不饱和聚酯树脂阻燃性能的研究,TQ323.41
  19. Fe3O4、碳纳米管及石墨烯增强再生纤维素膜的研究,TB383.1
  20. 乳酸基共聚物/蛭石微晶复合材料的制备和性能研究,TB332

中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 生产过程与设备 > 制坯、成型
© 2012 www.xueweilunwen.com