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低温反应烧结制备碳化硅陶瓷材料及其结构与性能研究

作 者: 华春松
导 师: 武七德
学 校: 武汉理工大学
专 业: 材料学
关键词: 低温 反应烧结SiC 显微结构与性能 断裂强度 显微硬度
分类号: TQ174.6
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 前言  9-17
  1.1 反应烧结SiC基复相陶瓷材料的性能和应用  9
  1.2 反应烧结碳化硅成型工艺  9-11
    1.2.1 模压成型  10
    1.2.2 等静压成型  10
    1.2.3 注浆成型  10
    1.2.4 直接凝固注模成型  10-11
    1.2.5 挤压成型  11
  1.3 反应烧结SiC基复相陶瓷材料的烧结原理  11-13
  1.4 包覆改性和RBSC的研究现状  13-15
    1.4.1 表面包覆改性  13-14
    1.4.2 RBSC陶瓷材料  14-15
  1.5 本课题的提出  15-17
    1.5.1 本课题研究的目的和意义  15
    1.5.2 主要研究内容和拟解决的关键问题  15-17
第2章 实验与测试  17-21
  2.1 实验原料  17
  2.2 实验方法  17-19
    2.2.1 表面包覆改性SiC粉的制备  17-18
    2.2.2 SiC陶瓷反应烧结实验流程  18
    2.2.3 坯体的制备  18-19
    2.2.4 素坯性质测试与结构表征  19
    2.2.5 材料的烧成  19
    2.2.6 材料的加工  19
  2.3 材料各种性能的测试与评价  19-20
    2.3.1 Zeta电位的测定  19-20
    2.3.2 固含量的测定  20
    2.3.3 断裂强度测试  20
    2.3.4 显微硬度测试  20
  2.4 材料显微结构的表征  20-21
第3章 高密度与高性能RBSC陶瓷材料的制备  21-30
  3.1 高密度RBSC陶瓷材料的制备  21-25
    3.1.1 高密度RBSC陶瓷材料素坯的设计  21-22
    3.1.2 素坯孔径大小和分布对RBSC密度的影响  22-23
    3.1.3 高密度RBSC陶瓷材料的烧结  23-25
  3.2 高性能RBSC陶瓷材料的制备  25-29
    3.2.1 原料的预处理  25-26
    3.2.2 高性能RBSC陶瓷材料素坯的设计  26-27
    3.2.3 SiC粒径和成型方法的选择  27
    3.2.4 高性能RBSC陶瓷材料的烧结  27-28
    3.2.5 高性能RBSC陶瓷材料的性能测试结果  28-29
  3.3 本章小结  29-30
第4章 SiC微粉包覆改性  30-35
  4.1 粉体包覆的表征  30-32
  4.2 表面改性剂对SiC微粉Zeta电位的影响  32-33
  4.3 表面改性剂对料浆固含量的影响  33-34
  4.4 本章小结  34-35
第5章 RBSC陶瓷材料的显微结构与性能  35-48
  5.1 材料的显微结构与力学性能  35-43
    5.1.1 陶瓷材料力学性能的理论分析  35-38
    5.1.2 RBSC密度与显微结构的关系  38-40
    5.1.3 SiC原料对干压成型制备RBSC显微结构和性能的影响  40-42
    5.1.4 碳源对RBSC显微结构和性能的影响  42-43
  5.2 材料的显微结构与显微硬度  43-46
    5.2.1 干压成型素坯ρc对显微硬度的影响  43-45
    5.2.2 原料晶粒尺寸与显微硬度的关系  45
    5.2.3 RBSC陶瓷材料的密度与显微硬度的关系  45-46
  5.3 本章小结  46-48
第6章 结论与展望  48-50
  6.1 结论  48
  6.2 展望  48-50
参考文献  50-54
硕士期间发表的论文  54-55
致谢  55

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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
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