粉體超微化及燒結(jié)助劑引入對碳化硅陶瓷制備的影響.pdf

1、碳化硅陶瓷是一種高性能的結(jié)構(gòu)陶瓷,具有高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、高熱導(dǎo)率、低熱膨脹等性能,廣泛用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。碳化硅陶瓷的燒結(jié)、結(jié)構(gòu)及性能與SiC粉體制備、成型工藝、燒結(jié)工藝及添加劑等因素密切相關(guān)。目前,碳化硅陶瓷制備中存在粉體顆粒度大、團(tuán)聚嚴(yán)重、粒度分布寬,粉體流動性及成型性能差,陶瓷材料的燒結(jié)性能及力學(xué)性能較差等問題,影響了碳化硅陶瓷的應(yīng)用。本文在回顧碳化硅陶瓷原料制備及燒結(jié)工藝研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,采用新型氣流粉碎進(jìn)行Si

2、C粉體的超微化處理,制備粒徑小、分布窄、五團(tuán)聚的SiC超微粉。在溶膠—凝膠法制備YAG(Y3Al5O12)超細(xì)粉的基礎(chǔ)上,采用溶膠—凝膠法在SiC粉體中引入燒結(jié)助劑YAG,制備分散均勻的SiC/YAG復(fù)合粉體,降低復(fù)合粉體的燒結(jié)溫度,通過工藝優(yōu)化,制得高性能碳化硅陶瓷。研究對無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷的實(shí)際生產(chǎn)提供參考依據(jù),具有重要的應(yīng)用前景。采用流化床對撞式氣流粉碎(QLM-80K)超微化處理SiC粉體。工藝優(yōu)化的研究結(jié)果表明,隨著工作壓力增

3、大,分級輪頻率提高,超微化處理效果明顯,最佳工藝參數(shù)為:分級輪頻率40HZ,破碎壓力0.7 MPa,粉碎次數(shù)1次;此工藝條件處理后,SiC粉體的平均粒徑由3.01μm降至0.75μm,粒徑分布由0.4～1.5μm和8～23μm的雙峰分布變?yōu)?.4～1.2μm的單峰分布,分布寬度從25.125降到0.833,取得較好的超微化效果。粉體超微化提高了素坯特性及均勻性,降低了坯體燒結(jié)溫度,改善了固相燒結(jié)碳化硅陶瓷的性能及組織結(jié)構(gòu)。與未超微化相比

4、,超微化后碳化硅陶瓷的硬度由2.05GPa升至2.60GPa,斷裂韌性由3.1MPa·m1/2升至3.8MPa·m1/2,抗彎強(qiáng)度由353MPa升至420MPa。采用無機(jī)鹽前驅(qū)體溶膠—凝膠法制備YAG超細(xì)粉和SiC/YAG復(fù)合粉體。研究結(jié)果表明,YAG凝膠呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),YAG相轉(zhuǎn)變過程為無定型→YAM→YAP→YAG,干凝膠在920℃左右熱處理后完全轉(zhuǎn)變成YAG相,Y與Al的原子比約為3:5,經(jīng)研磨后制備得粒徑分布窄、平均粒徑約為210n

5、m的超細(xì)YAG粉末。在溶膠—凝膠法制備YAG過程中,加入SiC粉體,SiC顆粒嵌入在YAG凝膠網(wǎng)絡(luò)中,并在SiC浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文顆粒表面形成一層包裹膜,經(jīng)過與YAG相同的干燥及熱處理工藝后,獲得YAG粒徑小、均勻分散的siC/YAG復(fù)合粉體。采用真空無壓燒結(jié)進(jìn)行碳化硅復(fù)合粉體的燒結(jié)致密化。研究結(jié)果表明,YAG添加量為10叭％時(shí),碳化硅陶瓷的燒結(jié)性能和力學(xué)性能較佳;隨著燒結(jié)溫度的增加,碳化硅陶瓷的的燒結(jié)性能及力學(xué)性能變差。碳化硅適宜工

6、藝為:YAG添加量IOwt%,燒結(jié)溫度1860℃,燒結(jié)時(shí)間45min;在此工藝條件下,碳化硅陶瓷可以獲得較高燒結(jié)性能及力學(xué)性能,其相對密度達(dá)到了98.23%,斷裂韌性5.03 Mpa·m1/2,抗彎強(qiáng)度達(dá)到486MPa;陶瓷的晶粒細(xì)小,尺寸為0.5一2卿,且分布均勻;陶瓷的斷裂方式為沿晶斷裂。在碳化硅的固相燒結(jié)中,超微化處理后,隨粉體顆粒尺寸的減小,表面能增加,增加燒結(jié)勢能,降低燒結(jié)溫度,促進(jìn)碳化硅陶瓷的致密化。在碳化硅液相燒結(jié)中,超微