燃烧合成粒径可控的β-SiC粉体及其无压烧结致密化
碳化硅(SiC)陶瓷因其优异的力学和热学性能而具有广阔的应用前景。然而昂贵的原料成本和陶瓷制品加工成本限制了SiC陶瓷的应用。本文主要研究了燃烧合成粒径可控的β-SiC粉体、所制粉体的改性及陶瓷的凝胶注模成型和无压烧结致密化的工艺,旨在促进燃烧合成的SiC粉体的应用和降低SiC陶瓷的生产成本。此外,本文还将凝胶-发泡工艺与燃烧合成工艺相集成,研究出了一种无需烧结制备β-SiC泡沫陶瓷的新工艺。
研究了燃烧合成粒径可控的β-SiC粉体的制备技术。系统研究Si粉粒径、晶种含量、混料方式以及反应诱发方式对产物粒径的影响。实验结果表明:通过优化上述工艺参数,可以实现在50nm~21μm的范围内对燃烧合成β-SiC的粒径进行调控,实现粒径调控的主要反应机制是蒸发凝聚。
研究了d50<2μm的燃烧合成的β-SiC粉体的表面改性技术。系统研究酸洗、碱洗和煅烧这三种改性方法对其Zeta电位和水基浆料流动性的影响。以碱洗改性后的β-SiC粉体为原料,凝胶注模制备SiC陶瓷坯体。研究得出固相含量、单体、交联剂、分散剂和引发剂的量及颗粒级配对浆料黏度、坯体密度和强度的影响规律。成功地制备出了黏度约为0.2Pa·s的高固相含量的浆料,并以之注模成型出抗压强度高达40MPa以上的SiC陶瓷坯体。
对上述的SiC陶瓷坯体进行了无压烧结。研究了埋粉和烧结温度对烧成质量损失、线收缩、产物致密度及相组成的影响。埋粉组成为SiC/Al2O3/Y2O3,1950℃烧结1h的β-SiC陶瓷达到了98％的理论密度。与传统的干压成型法相比,凝胶注模的SiC陶瓷坯体具有更大的烧成质量损失,因为在于其坯体中含有更多的SiO2,在高温烧结时与β-SiC反应生成挥发性物质,致使烧成质量损失增大。
将凝胶-发泡成型与燃烧合成工艺相结合,制备了纳米晶β-SiC泡沫陶瓷。泡沫陶瓷的孔隙率在70％～92％之间,对应的三点抗弯强度介于0.1～1.6 MPa之间。对反应动力学分析表明,燃烧合成反应过程中的蒸发凝聚机制是导致泡沫陶瓷中β-SiC晶粒长大并获得强度的主要因为。
- 作者：
- 邱军付
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 物理化学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 李江涛
- 中图分类号：
- TQ174.758.12