碳化硼-铝复合材料注凝成型研究

摘要

碳化硼是一种重要的特种陶瓷材料，具有低密度(2.52g/cm3)、高熔点(2450℃)等优异的物理化学性能。但由于其烧结温度过高、难以致密化及韧性低等缺点，限制了它的应用。铝是一种具有低密度、高韧性和低熔点的金属材料。而碳化硼-铝复合材料具有低密度、高的韧性并己得到广泛的应用。注凝成型是一种将胶体化学、陶瓷制备技术及高分子化学结合的原位成型方法，它主要是利用陶瓷浆料中有机单体在一定条件下发生聚合反应，使陶瓷浆料固化成型。它可用于制备形状复杂、高均匀性以及高可靠性的陶瓷材料。 本文采用注凝成型工艺制备碳化硼.铝复合材料，研究了溶剂、分散剂种类及其含量、固相含量、B4C-Al之间的配比和有机单体对浆料粘度的影响，制备出了高固相含量和低粘度浆料；研究了有机单体之间配比、引发剂的用量、B4C-Al之间的配比、不同的固相含量和真空处理对素坯抗弯强度的影响，制备出了高强度、微观结构均匀的素坯；研究了素坯的干燥和烧结。主要研究结果如下： (1)以有机溶剂正丁醇和正辛醇作为分散介质，以CH-10S和Tilo-20100作为分散剂来分散碳化硼.铝复合粉体时，都取得良好的分散效果，浆料的粘度均在1000mPas以下，浆料的固相含量可达55vol％能够满足注凝成型的要求。 (2)随着引发剂加入量的增加，浆料的聚合时间迅速缩短；当引发剂的用量占总浆料的3vol％和TMPTA/(TMPTA+HDODA)为10时；素坯的抗弯强度最高；浆料固相含量越高，素坯的抗弯强度越高，其体积密度也越高；真空脱气处理可以有效提高素坯的抗弯强度；素坯的断口显微形貌表明颗粒堆积致密，而且颗粒均匀分散，颗粒与颗粒之间以聚合物网络连接。 (3)素坯掩埋于松散的碳化硼粉中，150℃干燥5小时，该方法干燥素坯不仅能够完全除去素坯中的有机溶剂，还可以防止素坯的开裂和变形。干燥的素坯经1300℃保温1h得到复合材料的烧结体，SEM观察发现烧结体结构均匀，但是还有一些气孔。经XRD发现，在烧结体中主要物相为B4C、Al4C3和Al3BC.

目录

文摘

英文文摘

声明

0前言

1文献综述

1.1碳化硼材料的基本概况

1.1.1碳化硼的晶体结构

1.1.2碳化硼材料的性能和应用

1.1.3碳化硼材料的韧化

1.1.4碳化硼材料的致密化

1.2注凝成型工艺及其特点

1.2.1注凝成型工艺简介

1.2.2注凝成型工艺特点

1.2.3注凝成型的关键工艺

1.2.4粉体分散机理

1.2.5浆料特性

1.3研究的目的、意义

2研究过程及研究方法

2.1实验原料及生产厂家

2.2主要实验设备

2.3主要研究内容

2.4性能测试

2.5注凝成型工艺流程

3浆料制备及影响因素

3.1 B4C粉体表面预处理

3.2分散介质的选择

3.3有机溶剂的选择

3.4分散剂的选择

3.5 B4C-Al复合粉体的分散

3.5.1在正丁醇中分散B4C-Al复合粉体

3.5.2在正辛醇中分散B4C-Al复合粉体

3.6本章小结

4浆料固化

4.1有机聚合体系的选择

4.2有机单体之间配比对素坯抗弯强度的影响

4.3引发剂用量对聚合时间、素坯抗弯强度的影响

4.4 B4C与Al之间配比对素坯抗弯抗弯强度的影响

4.5固相含量对素坯的体积密度、抗弯强度的影响

4.6真空处理对素坯抗弯强度的影响

4.7素坯显微结构分析

4.8本章小结

5素坯干燥与烧结

5.1素坯干燥

5.2素坯烧结

5.2.1烧结制度对烧结体的体积密度的影响

5.2.2烧结体断口形貌显微分析

5.2.3烧结体的物相分析

5.3结论

6结论

6.1主要结论

6.2主要创新点

6.3有待进一步解决的问题

参考文献

附录：个人简介及在攻读硕士期间发表的论文及研究成果

致谢