定向冷冻铸造工艺制备层状SiC多孔陶瓷的研究

摘要

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。SiC/Al复合材料已经得到广泛应用，但高性能仿珍珠贝SiC/Al复合材料有待近一步研究。本文研究了层状SiC多孔陶瓷，为下一步以层状 SiC多孔陶瓷为增强体制备仿珍珠贝 SiC/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SiC多孔陶瓷制备，表征了层状 SiC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SiC多孔陶瓷微观孔隙形貌的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴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。⑵固相含量由20vol.%增加到35vol.%时，孔隙率由68.8vol.%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-5C时，孔隙呈现无序状，低于-10C时呈现层状孔隙形貌，冷冻温度越低，孔径越细小，-30C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12vol.%时，孔隙完全转变为蜂窝状。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 多孔陶瓷的制备方法

1.3 定向冷冻铸造工艺

1.4 定向冷冻铸造工艺制备多孔陶瓷增强金属基复合材料的研究进展

1.5 课题的研究目的、意义和研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验原料及试剂

2.2 实验仪器和设备

2.3 实验流程

2.4实验方案的制定

2.5实验检测和表征

2.6本章小结

第3章 定向冷冻铸造法制备层状SiC多孔陶瓷的工艺条件研究

3.1 定向冷冻铸造法制备层状SiC多孔陶瓷工艺

3.2 SiC粉末预处理

3.3 颗粒粒径对定向冷冻铸造法制备层状SiC多孔陶瓷的工艺影响

3.4 冷冻时间

3.5 冷冻干燥工艺时间

3.6本章小结

第4章 层状SiC多孔陶瓷的成孔机制分析

4.1 典型层状SiC多孔陶瓷微观结构特点

4.2 成孔机制分析

4.3 本章小结

第五章 工艺因素对层状SiC多孔陶瓷微结构的影响研究

5.1 固相含量对微观孔隙形貌的影响

5.2 冷冻温度对微观孔隙形貌的影响

5.3 甘油对微观孔隙形貌的影响

5.4 本章小结

结论

展望

参考文献

致谢

附录 A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)