凝膠注模SiC-AlN復(fù)相陶瓷的制備工藝與性能研究.pdf

1、碳化硅陶瓷因具有高溫強(qiáng)度高、比重輕、高熱導(dǎo)率、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕、耐磨損性好、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)良特性，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。但碳化硅的共價(jià)鍵合很強(qiáng)，晶界能和表面能之比過高，擴(kuò)散系數(shù)低，很難制備出致密的燒結(jié)體。由于AlN和SiC材料在原子尺寸、晶體結(jié)構(gòu)上非常相似，能在1800～2100℃的溫度范圍內(nèi)形成固溶體，有效地改善材料的力學(xué)性能和微觀組織結(jié)構(gòu)。
　　本文以SiC、AlN和Y2O3為原料，成分以SiC為主體，AlN含量在

2、7wt％～20wt%，添加劑 Y2O3含量為3wt%，采用凝膠注模成型的方法制備 SiC-AlN復(fù)相陶瓷。系統(tǒng)地研究了漿料制備工藝條件對流變學(xué)性能的影響規(guī)律；單體含量、固相體積分?jǐn)?shù)對坯體性能的影響規(guī)律及坯體排膠工藝；進(jìn)而研究了成分配比、燒結(jié)溫度、固相含量對SiC-AlN復(fù)相陶瓷的顯微組織結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律。
　　結(jié)果表明：由于AlN成分較少，AlN的水解對凝膠注模成型的影響在可接受范圍之內(nèi)，水解產(chǎn)物在燒結(jié)過程中可作為燒結(jié)助劑促進(jìn)

3、致密化。通過對 SiC-AlN漿料流變學(xué)性能研究得到最佳工藝參數(shù)：PH值13.00～13.10，分散劑含量0.2wt%，單體AM含量5wt%，混料時(shí)間10h，可制備出流動(dòng)性較好，固相體積分?jǐn)?shù)40vol%的SiC-AlN漿料。另外，AlN含量過多，水解程度增大，漿料穩(wěn)定性惡化。
　　單體含量和固相體積分?jǐn)?shù)越高，坯體強(qiáng)度也越高，可對其進(jìn)行機(jī)加工。但同時(shí)也造成坯體成分不均勻，排膠時(shí)易出現(xiàn)變形開裂。單體含量5wt%，固相體積分?jǐn)?shù)40vol

4、%，所制備的坯體抗彎強(qiáng)度14.2MPa，收縮率3.4%，致密度42.2%，可滿足凝膠注模成型坯體的要求。坯體表面噴灑質(zhì)量分?jǐn)?shù)20wt%的聚乙二醇(PEG)溶液，可大大減輕表面起皮現(xiàn)象。通過對坯體 TG/DTA熱分析，最終制定坯體排膠制度：1.5/min℃升至600℃，保溫2h，最后隨爐冷卻至室溫。
　　隨著AlN含量的增加，SiC-AlN固溶體增加，晶粒細(xì)化，斷裂方式由穿晶斷裂過渡至沿晶斷裂，裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生繞道與偏轉(zhuǎn)效應(yīng)，材料的力學(xué)

5、性能大為改善。AlN含量為12wt%時(shí)，復(fù)相陶瓷密度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性和彈性模量分別為2.94g/cm3，329.5MPa，5.49MPa·m1/2，299.6GPa。AlN進(jìn)一步增加，復(fù)相陶瓷由于失重率較高，坯體成分不均而導(dǎo)致力學(xué)性能下降。而燒結(jié)溫度的提高，也導(dǎo)致SiC-AlN復(fù)相陶瓷力學(xué)性能也大幅提高。當(dāng)燒結(jié)溫度為2050℃時(shí)，AlN含量10wt%，其密度、抗彎強(qiáng)度，斷裂韌性，彈性模量分別達(dá)到2.95g/cm3，365.8MPa，