β/α复合碳化硅技术陶瓷的制备工艺与性能研究

摘要

碳化硅陶瓷具有硬度高、耐高温、耐腐蚀、抗氧化性能强、抗热震性佳、热稳定性强、热膨胀系数低以及导热系数高等优点，一直是材料学研究热点之一。
　　本文在前人研究基础上，以生产高性能β/α复合碳化硅技术陶瓷为目标，通过素坯密度研究，优化并确定最佳配方：采用0.3μm的α-SiC，固含量为50％，水溶性酚醛树脂的添加量为9%，在相同成型工艺下素坯密度最大，最有利于烧结致密化。通过成型工艺的优化研究，得出造粒粉的筛分时间为20min时，筛分效率最佳；压力100MPa，保压60s时，成型效率最好。当粒径比为D大：D中：D小（96μm：80μm：23μm）=4:3:1，质量比为m大：m中：m小=17:7:1时，素坯密度达最大值1.748g/cm3。通过对试样体积密度、抗弯强度、维氏硬度、断裂韧性、显微结构和相结构测试与表征，优化并确定了最佳无压烧结工艺，即烧结温度为2010℃，保温时间为75min时，烧结后的β/α复合碳化硅陶瓷具有最优性能，其密度最大值为3.129g/cm3，硬度为27.35GPa，断裂韧性为4.64MPa·m1/2，抗折强度为401.62MPa。加入的β-SiC在烧结后出现了长轴状晶体，使得断裂方式由原先的穿晶断裂变为以穿晶断裂为主的断裂方式。研究结果表明，β-SiC的添加量为10%时，碳化硅陶瓷具有最佳性能。
　　本文也对注浆成型工艺进行了初步探索性研究，采用注浆成型的工艺，按照合适的烘干曲线进行烘干后，通过合适的烧结工艺制备成碳化硅陶瓷。

目录

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1 绪论

1. 1前言

1. 2碳化硅介绍

1. 3碳化硅陶瓷的性能及应用

1. 3. 1密封环

1. 3. 2陶瓷球

1. 3. 3防弹板

1. 3. 4喷嘴

1. 3. 5研磨盘

1. 3. 6轴套

1. 3. 7高温耐浊部件

1. 4碳化硅技术陶瓷配方的研究动态

1. 5碳化硅技术陶瓷成型方法的研究动态

1. 5. 1碳化硅技术陶瓷的成型工艺

1. 5. 2注浆成型工艺的研究

1. 5. 3数字化成型工艺的研究

1.5.3 3D打印成型工艺

1. 6碳化硅陶瓷烧结工艺的研究动态

1. 7碳化硅技术陶瓷的产品指标

1. 8研究目的及意义

1. 9研究内容与技术路线

1. 9. 1研究内容

1. 9. 2工艺流程

2β/α复合碳化硅陶瓷无压烧结工艺的研究

2. 1实验原料及仪器设备

2. 1. 1碳化硅

2. 1. 2碳化硼

2. 1. 3酚醛树脂

2. 1. 4四甲基氢氧化铵水溶液

2. 1. 5聚乙烯醇

2. 1. 6油酸

2. 1. 2仪器设备

2. 2实验过程

2. 2. 1配料

2. 2. 2混料

2. 2. 3造粒

2. 2. 4成型

2. 2. 5烧结

2. 3性能检测

2. 3. 1X射线衍射分析

2. 3. 2真密度检测

2. 3. 3抗折强度的检测

2. 3. 4维氏硬度的检测

2. 3. 5断裂韧性的计算

2. 3. 6扫描电镜检测

2. 4结果与讨论

2. 4. 1筛分时间对于造粒粉筛分效率的影响

2. 4. 2级配对于碳化硅陶瓷素坯密度的性能影响

2. 4. 3不同含量的酚醛树脂对碳化硅陶瓷素坯的性能影响

2. 4. 4不同成型压力对于烧结的影响

2. 4. 5不同保压时间对于烧结的影响

2. 4. 6陈腐对于成型工艺的影响

2. 4. 7不同烧结温度对碳化硅陶瓷的性能影响

2. 4. 8不同保温时间对碳化硅陶瓷的性能影响

2. 4. 9碳化硅陶瓷制品的物相分析

2. 4. 10β-S iC添加量对于碳化硅陶瓷的性能影响

2. 4. 11β-S iC纯度对于碳化硅陶瓷的性能影响

2. 5小结

3 注浆成型工艺初探

3. 1实验过程

3. 1. 1浆料制备

3. 1. 2注浆成型

3. 1. 3素坯烘干

3. 1. 4无压烧结

3. 1. 5真密度

3. 2结果与讨论

3. 2. 1粘结剂添加量对于SiC素坯密度的影响

3. 2. 2注浆成型制备SiC陶瓷的性能

3. 3结论

4结 论

致谢

参考文献