納米TiN-SiCw增強碳化硅陶瓷的制備.pdf

1、本文在回顧了碳化硅陶瓷及納米復(fù)合陶瓷的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,設(shè)計了以納米SiC為基體相、納米TiN、SiC晶須為增強相的納米復(fù)合碳化硅陶瓷體系,研究了納米SiC、SiC晶須和在TiN水介質(zhì)中的分散行為,確定了其穩(wěn)定分散條件;結(jié)合溶膠一凝膠法引入燒結(jié)助劑YAG溶膠,制備水基納米復(fù)合料漿,并借助噴霧造粒得到了流動性和成型性優(yōu)越的SiC納米復(fù)合粉體;采用二步成型及無壓液相燒結(jié)技術(shù)制備了SiC納米復(fù)合陶瓷,分析了陶瓷燒結(jié)特性、力學(xué)性能、物相組成及顯

2、微結(jié)構(gòu),探討了納米TiN和SiC晶須的強化增韌機理。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)納米SiC、SiC晶須和TiN在水中的分散行為
　　 隨著pH值的增大,納米SiC、SiC晶須和TiN的表面帶正電荷轉(zhuǎn)為負(fù)電荷。納米SiC在pH=3-7范圍內(nèi)具有較好分散性。納米SiC晶須在整個pH值范圍內(nèi)分散穩(wěn)定性都很差。陽離子分散劑TMAH對納米TiN可以起到很好的分散效果,但是對納米SiC、SiC晶須均起不到提高作用。非離子型

3、分散劑PEG2000對納米SiC晶須有一定的分散效果,但是對納米SiC粉體不起作用。陰離子型分散劑六偏磷酸鈉可以使這三種粉體達到很好的分散效果。綜合而言,六偏磷酸鈉加入量為0.4mg/ml時能使三種粉體分散狀態(tài)達到最優(yōu),該狀態(tài)下SiC晶須表面的Zeta電位絕對值從4my提高到55mv以上,三種粉體24h后的相對沉降高度均達到92％以上。
　　 (2)納米SiC復(fù)合料漿及噴霧造粒粉特性
　　 采用溶膠-凝膠法引入燒結(jié)助劑Y

4、AG,結(jié)合納米復(fù)合粒子的分散改性,制備出穩(wěn)定的納米SiC復(fù)合料漿,復(fù)合料漿顯示剪切變稀的特性;隨著固含量的增大,納米復(fù)合料漿的粘度和剪切應(yīng)力呈現(xiàn)增大趨勢;分散性能得到改善。固含量為20％的料漿粘度和剪切應(yīng)力值都較小,分散性能較好,適用于噴霧干燥。經(jīng)噴霧造粒后,造粒粉的松裝密度相對初始粉體提高了65％-120％,休止角介于27-32°之間,相比噴霧造粒前降低了10-15°,粉體的流動性能明顯提高。二步成型后,素坯相對密度介于55％-59％

5、之間,是較為理想的SiC素坯密度。
　　 (3)SiC納米復(fù)合陶瓷的制備
　　 隨著燒結(jié)溫度的升高,納米復(fù)合陶瓷的燒結(jié)致密度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,抗折強度、硬度和斷裂韌性等力學(xué)性能均先增大后減小;在1750℃的燒結(jié)溫度下,試樣獲得最佳的燒結(jié)性能和力學(xué)強度。納米增強相組成不同,其影響也不相同,在1750℃的燒結(jié)溫度下,除添加10％TIN增強相試樣的致密度較差外,其它試樣的致密度均在94％以上;添加5％TiN試樣的抗彎強度

6、最高,添加5％TiN與5％SiCw試樣的硬度和斷裂韌性最高。綜合而言,1750℃燒結(jié)溫度下、添加5％TIN與5％SiCw條件下,試樣的綜合性能較好,其致密度為94.3％,折強度達到了484.2MPa,硬度為18.95GPa,斷裂韌性為7.84MPa·m1/2。
　　 在燒結(jié)過程中,納米TiN能與SiC發(fā)生反應(yīng)生成TiC和AlN;1750℃燒結(jié)后陶瓷晶粒尺寸在200-400nm之間。納米增強相的添加抑制晶粒的長大,并產(chǎn)生晶界強化、