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碳化硅复相陶瓷的制备与组织性能分析

作　者: 胡路阳
导　师: 张宇民
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 碳化硅陶瓷制备显微结构性能分析
分类号: TQ174
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

反应烧结碳化硅陶瓷材料具有优良的抗高温氧化、耐腐蚀、耐磨损、抗热冲击等性能,使反应烧结成为制备碳化硅材料最有效的方法。本文以亚微米级碳化硅为主要原料,通过添加不同含量的纳米级碳化硅、石墨和少量的硝酸铝、硝酸钇,利用真空烧结工艺在1500℃反应烧结制备碳化硅陶瓷。采用XRD、SEM等分析手段和阿基米德法、三点弯曲、单边切口梁、压痕、高温氧化等测试方法对陶瓷的微观结构、密度、显气孔率、室温力学和抗氧化性能进行分析。实验结果表明:当毛坯中石墨中质量含量为22.22%时,模压后密度的变化主要是由颗粒填充所致;当毛坯中石墨质量含量为17.77%时,模压后密度的变化主要是由压制时产生大的摩擦力所造成的。对四种方案烧结制备的碳化硅陶瓷硬度分析表明,其数值随陶瓷中游离硅含量和分布不均程度的增加而减小。根据方案3制备的陶瓷洛氏硬度最大,HRA值为65.4。抗弯强度和断裂韧性在硅体积含量为22.4%时达到最高,分别为386MPa和4.19 MPa·m1/2。四种方案制备的陶瓷,断口均呈现出穿晶和沿晶混合型断裂特征。对方案3和方案4样品表面压痕裂纹扩展的观察,扩展的途径较为曲折,认为裂纹偏转为其增韧机制。反应烧结碳化硅在1100℃下静态空气中进行60h的氧化实验,结果表明陶瓷的氧化动力学过程遵循直线-抛物线规律,游离硅体积含量的增加和纳米级碳化硅的加入,陶瓷的氧化程度增加。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 碳化硅陶瓷的几种致密化工艺  10-12
    1.2.1 热压烧结  10-11
    1.2.2 热等静压烧结  11
    1.2.3 无压烧结  11
    1.2.4 微波烧结  11-12
    1.2.5 放电等离子快速烧结  12
  1.3 反应烧结碳化硅的类型  12-14
    1.3.1 反应结合碳化硅  12-13
    1.3.2 反应形成碳化硅  13-14
  1.4 反应烧结碳化硅的当前研究  14-17
    1.4.1 硅合金反应烧结碳化硅材料  14-15
    1.4.2 金属增韧反应烧结碳化硅材料  15-16
    1.4.3 纤维增强烧结碳化硅复合材料  16
    1.4.4 耐磨反应烧结碳化硅复合材料  16-17
    1.4.5 其它反应烧结碳化硅复合材料  17
  1.5 影响反应烧结碳化硅性能的主要因素  17-19
    1.5.1 素坯中碳对反应烧结碳化硅性能的影响  17-18
    1.5.2 碳化硅粉料粒径对反应烧结体性能的影响  18-19
    1.5.3 烧结工艺对材料性能的影响  19
  1.6 反应烧结机理的研究  19-21
    1.6.1 扩散控制机理  20
    1.6.2 界面反应机理  20
    1.6.3 溶解-沉淀机理  20-21
  1.7 研究的目的及内容  21-22
    1.7.1 研究目的  21
    1.7.2 研究内容  21-22
第2章碳化硅复相陶瓷坯体的制备  22-29
  2.1 实验原料  22-24
    2.1.1 亚微米级碳化硅粉  22-23
    2.1.2 纳米级碳化硅粉  23
    2.1.3 其它原料  23-24
  2.2 实验设备  24
  2.3 实验过程  24-28
    2.3.1 素坯的成分设计  24-26
    2.3.2 造粒  26
    2.3.3 成型  26-27
    2.3.4 预烧  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章碳化硅复相陶瓷的反应烧结  29-36
  3.1 反应烧结温度的确定  29-32
    3.1.1 润湿角的计算  29-30
    3.1.2 液态硅与碳颗粒之间润湿角的计算  30-32
  3.2 碳化硅陶瓷样品的制备  32-35
    3.2.1 真空烧结炉  33-34
    3.2.2 反应烧结过程  34-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章碳化硅复相陶瓷的性能分析  36-57
  4.1 样品的密度  36-39
    4.1.1 坯体密度  36-38
    4.1.2 渗硅后密度  38-39
  4.2 样品的物相分析与组织形貌  39-44
    4.2.1 物相分析  39-40
    4.2.2 试样的组织形貌  40-44
  4.3 样品的硬度  44-46
    4.3.1 洛氏硬度的测量方法  44-45
    4.3.2 样品硬度的测试结果  45
    4.3.3 显微组织与样品硬度的关系  45-46
  4.4 样品的抗弯强度  46-50
    4.4.1 抗弯强度测试方法  46-47
    4.4.2 样品抗弯强度的测试结果  47
    4.4.3 显微组织与样品抗弯强度的关系  47-50
  4.5 样品的断裂韧性  50-51
    4.5.1 断裂韧性测试方法  50
    4.5.2 样品断裂韧性的测试结果与显微组织的关系  50-51
  4.6 样品的抗氧化性  51-56
    4.6.1 材料抗氧化测试方法  51-52
    4.6.2 样品抗氧化测试结果  52
    4.6.3 样品抗氧化实验结果的分析  52-56
  4.7 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读学位期间发表的学术论文  62-63
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  63
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  63
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  63-64
致谢  64

碳化硅复相陶瓷的制备与组织性能分析

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