微波合成莫來石增韌Al2O3-SiC復(fù)合材料的工藝及機(jī)理研究.pdf

1、微波燒結(jié)作為一種節(jié)能環(huán)保的燒結(jié)技術(shù)，受到國內(nèi)外研究者的密切關(guān)注，因其獨(dú)特的燒結(jié)特性，被廣泛應(yīng)用于各種材料的制備。本課題采用混合微波燒結(jié)合成莫來石晶須增韌的Al2O3-SiC復(fù)合材料，研究微波燒結(jié)工藝對(duì)莫來石晶須生長機(jī)制的影響規(guī)律，揭示微波與物質(zhì)間的作用機(jī)理。
　　本課題設(shè)計(jì)組分為50Al2O3-50SiC(vol.％)的復(fù)合材料，用1500℃微波熱解氫氧化鋁前驅(qū)體得到的α-Al2O3微粉和溶膠凝膠法制備的10vol.% SiO2包

2、裹的SiC顆?；旌系玫綇?fù)合材料。通過改變微波燒結(jié)的溫度、保溫時(shí)間和SiC顆粒尺寸，對(duì)50Al2O3-50SiC復(fù)合材料進(jìn)行工藝研究，并通過調(diào)節(jié)微波燒結(jié)爐的入射功率來控制Al2O3-SiC復(fù)合材料的升溫速率。用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡及附帶的能譜儀等表征手段對(duì)Al2O3-SiC復(fù)合材料進(jìn)行成分和顯微結(jié)構(gòu)分析。用體積密度、抗熱震性能、斷裂韌性等檢測(cè)手段對(duì)Al2O3-SiC復(fù)合材料進(jìn)行性能分析。
　　研究結(jié)果表明：微波燒結(jié)可以成功合

3、成莫來石增韌的Al2O3-SiC復(fù)合材料，其最佳的微波燒結(jié)溫度為1500℃，保溫時(shí)間為30min，復(fù)合材料中選用的最優(yōu)SiC顆粒尺寸約為5μm，對(duì)應(yīng)的樣品的體積密度最大，抗熱震能力和斷裂性能最好。在5次熱沖擊后的抗彎強(qiáng)度能保持0次熱沖擊后的40%左右，10次熱沖擊后的抗彎強(qiáng)度仍可保持在30%以上，15次熱沖擊后的抗彎強(qiáng)度基本不再發(fā)生變化，斷裂韌性值能達(dá)到2.12±0.21MPa·m1/2。
　　在微波燒結(jié)過程中，SiC顆粒優(yōu)先吸收

4、微波產(chǎn)生局部熱點(diǎn)效應(yīng)，使局部瞬間升溫，熱量由內(nèi)向外擴(kuò)散，促使Al2O3和SiO2反應(yīng)生成莫來石，隨著微波輸入功率的不斷增大，局部熱點(diǎn)效應(yīng)加強(qiáng)，促進(jìn)莫來石的各向異性生長，形成長徑較大且橋接在顆粒之間的莫來石晶須。常規(guī)電阻爐燒結(jié)Al2O3-SiC復(fù)合材料時(shí)，主要是靠熱輻射和熱傳導(dǎo)來加熱，熱量由外向內(nèi)傳遞，能量耗散大，加熱較慢，合成莫來石的速度慢，莫來石的各向異性生長不明顯，形成的莫來石長徑較小。
　　在微波燒結(jié)Al2O3-SiC復(fù)合材

5、料，當(dāng)Al2O3-SiC復(fù)合材料中選用的SiC顆粒尺寸太小~500nm時(shí)，SiC顆粒吸波損耗的能力低于其表面熱量擴(kuò)散的能力，表面達(dá)不到較好的熱聚集，合成莫來石的能力受限。而復(fù)合材料中的SiC顆粒尺寸過大~150μm時(shí)，SiC顆粒吸波損耗的能力高于其表面熱量擴(kuò)散的能力，表面聚集的熱量較多，莫來石的各向異性生長不明顯，得到的莫來石晶須長徑比較小。SiC顆粒存在一個(gè)臨界尺寸~5μm，當(dāng)復(fù)合材料中的SiC顆粒尺寸分布在臨界尺寸范圍內(nèi)時(shí)，SiC顆