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碳化硅陶瓷前驱粉体制备及其烧结研究

作　者: 宋岳
导　师: 水淼
学　校: 宁波大学
专　业: 无机化学
关键词: 碳化硅陶瓷 前驱粉体 引入方式 YAG 烧结
分类号: TB383.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


碳化硅陶瓷是一种高性能的结构陶瓷,具有高硬度、高强度、耐高温、耐化学腐蚀、高热导率、低热膨胀等性能,广泛用于各个工业领域。碳化硅陶瓷的烧结、结构及性能与碳化硅粉体制备、成型工艺、烧结工艺及添加剂等因素密切相关。目前为了能够在较低的温度下获得性能良好的碳化硅陶瓷,烧结助剂的添加是必不可少的,而烧结助剂不同的引入方式对碳化硅粉体的烧结性能有很大的影响。本文在回顾碳化硅陶瓷原料制备及烧结工艺研究现状的基础上,利用超声分散、高能球磨以及溶胶凝胶法在碳化硅粉体中引入Al2O3-Y2O3烧结助剂,制备了碳化硅陶瓷前驱粉体,通过烧结实验确定了不同的条件对烧结体收缩率、失重率、体密度等影响。本文总结了这三种方法获得的前驱粉体的烧结性能,对无压烧结碳化硅陶瓷的实际生产提供参考依据,具有一定的应用前景。超声搅拌法引入烧结助剂Al2O3和Y2O3制备碳化硅陶瓷前驱粉体,此法制备前驱粉体工艺简单,获得的粉体经成型烧结,2000℃烧结30min获得的烧结体最大体密度为2.810g/cm-3,相对密度为84.3%。烧结体失重率随氧化铝含量的增加而增加,烧结助剂含量在8-10%为宜,铝钇摩尔比较佳约为2。采用球磨法制备了碳化硅陶瓷前驱粉体,对前驱粉体进行了热重、差热分析、红外分析、粉末衍射分析,表明获得的前驱粉体中烧结助剂Al2O3和Y2O3形成YAG的温度约为960℃。烧结获得的烧结体最大体密度为3.158g/cm-3,相对密度为96.0%。通过对烧结体的SEM分析,表面和断面的晶粒清晰,晶界也较明显,断面处致密程度高于表面。采用溶胶-凝胶法制备了碳化硅陶瓷前驱粉体,该方法获得的前驱粉体中烧结助剂Al2O3和Y2O3分布均匀,通过对前驱粉体的热重、差热分析、红外分析、粉末衍射分析,对比溶胶-凝胶法制备YAG的差热,粉末衍射分析,确定制备的复合粉体中烧结助剂在910℃能够形成YAG。烧结获得的烧结体最大体密度为3.219g/cm-3,相对密度为97.8%烧结体,并对烧结体进行了EDS、SEM分析,表明烧结体断面致密程度高于表面,总体晶粒连接紧密,晶界清晰。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
引言  11-13
1 文献综述  13-32
  1.1 碳化硅陶瓷的性能及用途  13-16
    1.1.1 碳化硅陶瓷的性能  13-14
    1.1.2 碳化硅陶瓷的应用  14-16
  1.2 碳化硅粉体的制备方法  16-20
    1.2.1 固相法  16-18
    1.2.2 液相法  18-19
    1.2.3 气相法  19-20
  1.3 碳化硅陶瓷的烧结方法  20-26
    1.3.1 反应烧结  21-23
    1.3.2 热压烧结  23-24
    1.3.3 无压烧结  24-26
  1.4 陶瓷前驱粉体的制备方法  26-30
    1.4.1 高能球磨法  26
    1.4.2 共沉淀法  26-27
    1.4.3 溶胶-凝胶法  27-28
    1.4.4 固相反应法  28
    1.4.5 水热/溶剂合成法  28-29
    1.4.6 燃烧合成法  29-30
    1.4.7 喷雾干燥法  30
  1.5 本论文课题的提出  30-32
    1.5.1 立项依据  30-31
    1.5.2 研究内容及意义  31-32
2 实验设计及条件  32-38
  2.1 实验设计  32-33
  2.2 实验主要原料  33-34
  2.3 实验主要设备  34-37
  2.4 测试仪器及测试条件  37-38
3 超声搅拌法制备碳化硅前驱粉体及其烧结  38-54
  3.1 引言  38-39
  3.2 实验内容  39-41
    3.2.1 复合粉体的制备  39
    3.2.2 素坯的制备  39-40
    3.2.3 素坯的热处理  40
    3.2.4 烧结实验  40-41
  3.3 烧结体情况分析  41-46
    3.3.1 氧化铝含量与失重率  42-43
    3.3.2 添加剂含量与烧结体密度  43-45
    3.3.3 烧结温度与烧结体的关系  45-46
  3.4 烧结体的测试  46-52
    3.4.1 烧结体的EDS 测试  46-51
    3.4.2 烧结体的SEM 测试  51-52
  3.5 小结  52-54
4 球磨法制备碳化硅陶瓷前驱粉体及其烧结  54-68
  4.1 引言  54
  4.2 实验条件的探索  54-56
  4.3 实验内容  56-57
    4.3.1 复合粉体的制备  56
    4.3.2 素坯的制备  56
    4.3.3 素坯的热处理  56
    4.3.4 烧结实验  56-57
  4.4 球磨后复合粉体的表征  57-59
    4.4.1 复合粉体的差热及热重分析  57-58
    4.4.2 复合粉体的红外分析  58-59
    4.4.3 复合粉体的粉末衍射  59
  4.5 陶瓷烧结情况  59-62
    4.5.1 S 系列复合粉体烧结情况分析  60-61
    4.5.2 T 系列复合粉体烧结情况分析  61-62
  4.6 烧结体的测试  62-67
    4.6.1 S 系列烧结体SEM 分析  62-64
    4.6.2 T 系列烧结体SEM 分析  64-67
  4.7 小结  67-68
5 溶胶-凝胶法制备碳化硅陶瓷前驱粉体及其烧结  68-89
  5.1 引言  68-69
  5.2 溶胶-凝胶法的基本原理  69-71
  5.3 实验方案  71-72
  5.4 实验内容  72-73
    5.4.1 SiC/YAG 复合粉体的制备  72
    5.4.2 素坯的制备及热处理  72-73
    5.4.3 烧结实验  73
  5.5 复合粉体的表征  73-77
    5.5.1 复合粉体的差热及热重分析  73-75
    5.5.2 复合粉体的红外分析  75-76
    5.5.3 复合粉体的粉末衍射  76-77
  5.6 烧结情况  77-83
    5.6.1 烧结助剂铝钇摩尔比与烧结体的关系  78-80
    5.6.2 烧结时间与烧结体的关系  80-82
    5.6.3 烧结温度与烧结体的关系  82-83
  5.7 烧结体的测试  83-88
    5.7.1 烧结体的EDS 测试  83-86
    5.7.2 烧结体的SEM 分析  86-88
  5.8 小结  88-89
6 总结  89-91
参考文献  91-96

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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