多孔網狀Si-,3-N-,4-陶瓷增強鋁基復合材料的制備.pdf

1、本課題的研究主要分為兩大部分，第一部分是多孔網狀Si3N4陶瓷增強體的制備以及性能檢測；第二部分是用ZL305鋁鎂合金對前期制備的多孔網狀Si3N4陶瓷增強體的浸滲工藝研究及其界面和耐磨性分析。旨在通過對這兩個部分所用材料和制備工藝上的分析，找出一種合適的符合性能要求的金屬基網絡交叉結構復合材料的制備工藝。 以β-Si3N4為骨料，選擇Al粉為低溫燒結助劑，Al2O3、ZrO2為高溫燒結助劑，助劑添加量均為β-Si3N4骨料質量

2、的5％；添加少量鈣基膨潤土、羧甲基纖維素作為漿料流變劑；SiO2含量為30％的硅溶膠為粘結劑和溶劑，進行混漿。 采用有機泡沫體浸漬工藝制備多孔網狀Si3N4陶瓷預制體，選用聚氨酯泡沫塑料為預制體浸漬骨架，通過平板擠壓和離心甩料，將漿料均勻涂掛到泡沫體孔筋上，烘干以后進行燒結。 多孔陶瓷的燒結階段采用二步燒結工藝，即對多孔陶瓷預制體進行一次預燒結，補充浸漿后，再進行二次燒結，這種工藝彌補了一次燒結后由于有機泡沫體和其他低熔

3、點雜質揮發(fā)遺留的孔洞而造成的缺陷，從而制備得到結構致密的多孔陶瓷材料。 在相同燒結工藝和材質條件下，多孔陶瓷的抗壓強度隨著孔隙率的下降逐漸增加；孔隙率為78％時，抗壓強度為0.72MPa，而孔隙率為90％時，抗壓強度僅為0.1MPa左右。當燒結溫度在1400℃時，多孔陶瓷具有最佳的燒結效果，既能保持很高的通孔率又保證了材料具有較高的抗壓強度，當超過1400℃時，隨著多孔陶瓷燒結過程液相量的增加，陶瓷骨架發(fā)生變形，甚至坍塌。

4、 燒結后的多孔網狀Si3N4陶瓷基本形貌是以β-Si3N4為主體，多元Si-N-O-Al系晶體相或玻璃相包容在Si3N4顆粒表面，這是由于在高溫下，低熔點氧化物熔化并與粘結劑中的SiO2發(fā)生反應，生成復雜的多元晶體或非晶體。 根據網絡交叉結構復合材料的特點和應用范圍，本課題選用ZL305合金為金屬基體材料，采用負壓牽引和氣壓推動的浸滲工藝完成合金液對多孔網狀Si3N4陶瓷預制體的浸滲。合金液對陶瓷預制體的浸滲情況隨著外加壓力和

5、溫度的變化而變化，提高合金液熔煉溫度和增大氣壓都有利于合金液的浸滲。通過試驗證明，在沒有氣壓推動的情況下，即使加熱到較高的溫度，合金液與陶瓷之間仍然難以潤濕，合金液表面氧化層也阻礙了合金液中元素與陶瓷表面元素的擴散或反應結合，難以達到緊密的程度，本課題中選用8MPa的氣壓，合金液熔煉溫度為900℃，陶瓷預制體預熱溫度為800℃的條件下，獲得了最佳的浸滲效果，合金液與陶瓷界面結合良好。 鎂元素在合金與陶瓷界面處的含量比ZL305合