注浆成型反应烧结SiC冲蚀磨损性能的研究

摘要

本文以11.31和3.82μm两种粒径SiC、石油焦粉为原料，采用SiC颗粒级配的方法，制备高固含量、低粘度(≤1Pa·s)的碳化硅陶瓷浆料，利用注浆成型，反应烧结的方法制备不同颗粒级配的SiC陶瓷材料。采用阿基米德排水法测量SiC陶瓷材料坯体气孔率，利用XRD、金相显微镜与SEM分析SiC陶瓷材料的相组成、金相组织及断口形貌。运用自制的射流式气固冲蚀磨损试验机对SiC陶瓷材料冲蚀磨损性能进行了测试，并与耐冲蚀磨损的高铬铸铁材料作对比。系统的研究了颗粒级配对SiC陶瓷浆料粘度及成型坯体气孔率的影响，并讨论了冲蚀角度、冲蚀粒径、颗粒级配对SiC陶瓷材料的冲蚀磨损率的影响，结合SEM磨损形貌分析SiC陶瓷材料的磨损机理。
　　研究表明:颗粒级配为1∶2.5的SiC陶瓷浆料粘度最小，注浆性能最好，注浆成型坯体气孔率最低;反应烧结SiC陶瓷中颗粒级配为1.5∶2最为致密。反应烧结SiC陶瓷材料相组成分析为原始的α-SiC、β-SiC以及游离C和残留Si。
　　SiC陶瓷材料在各个冲蚀角度下，冲蚀磨损率均小于高铬铸铁。在30°冲击作用下，冲蚀磨损率最小，以显微切削及少量的游离C、残留Si的脱落为主。冲击角从30°增至45°时，法向冲击能量增加，磨损率也逐渐增加，显微切削及颗粒脱落程度加剧并伴随有脆性断裂;冲击角在45°～60°之间，冲蚀磨损率迅速增加，冲蚀粒子对SiC陶瓷材料有切削犁削及较强的垂直冲击作用，造成冲蚀角为60°时，冲蚀磨损率达到最大值。90°高角垂直冲击作用下，磨损率有所降低，磨损机制还是主要以游离C和残留Si的脱落为主，伴有少量的SiC粒子破碎和裂纹的疲劳扩展。
　　不同的石英砂粒度冲击作用下，随着冲击粒径的增大，冲击粒子具有能量增加，SiC陶瓷的冲蚀磨损率增加，冲蚀磨损程度加重。
　　在相同冲蚀条件下，颗粒级配为1.5∶2的注浆成型反应烧结SiC陶瓷材料冲蚀磨损率较小，耐冲蚀性能较好。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 冲蚀磨损研究现状

1．2．1 冲蚀磨损分类

1．2．2 冲蚀磨损理论

1．2．3 冲蚀磨损影响因素

1．3 碳化硅陶瓷材料

1．3．1 碳化硅陶瓷材料的概述

1．3．2 碳化硅的晶体结构

1．3．3 SiC陶瓷的成型工艺

1．3．4 SiC陶瓷的烧结工艺

1．4 研究目的及内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

2 试验方法

2．1 原料及设备

2．2 实验过程

2．2．1 测试粉体粒度

2．2．2 制备SiC陶瓷浆料

2．2．3 测试粘度

2．2．4 注浆成型

2．2．5 反应烧结SiC陶瓷

2．2．6 冲蚀磨损试验

2．3 性能测试与评价方法

2．3．1 冲蚀磨损率测试

2．3．2 气孔率测试

2．3．3 相对密度测试

2．3．4 相组成分析

2．3．5 金相组织分析

2．4．6 表面形貌分析

3 注浆成型反应烧结SiC陶瓷性能及影响因素分析

3．1 颗粒级配对SiC陶瓷浆料粘度的影响

3．2 反应烧结SiC的显微组织

3．2．1 反应烧结SiC相组成

3．2．2 反应烧结SiC的机理分析

3．2．3 反应烧结SiC断口形貌

3．3 颗粒级配对SiC陶瓷坯体气孔率的影响

4．冲蚀磨损性能及磨损机理分析

4．1 冲蚀角度对冲蚀磨损率的影响

4．2 颗粒级配对SiC陶瓷冲蚀磨损率的影响

4．3 冲蚀粒径对SiC陶瓷冲蚀磨损率的影响

5 结论

致谢

参考文献