SPS燒結(jié)制備SiC-,w-、nano-Si-,3-N-,4p-協(xié)同增韌SiC基復(fù)相陶瓷的研究.pdf

1、碳化硅陶瓷因其優(yōu)良的性能，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、化工、能源等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域及航空航天領(lǐng)域。但是，若受到外界環(huán)境的強(qiáng)烈沖擊（如應(yīng)力、溫差等），其力學(xué)性能急劇下降，表現(xiàn)為脆性斷裂，這將嚴(yán)重地影響碳化硅陶瓷在某些極端條件下的廣泛應(yīng)用，尤其是在高溫結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用。為了改善碳化硅陶瓷的力學(xué)性能，本文采用Si3N4納米顆粒、SiC晶須來協(xié)同強(qiáng)化增韌碳化硅陶瓷。 首先，研究了酸洗（HF酸）、pH值、分散劑的種類（PEI或PAM）及其添加量

2、、分散介質(zhì)對(duì)SiC晶須均勻穩(wěn)定分散性的影響，借助紅外光譜對(duì)PAM的分散機(jī)理進(jìn)行了分析，并利用TEM來觀察SiC晶須的分散效果。結(jié)果表明，以75vol％乙二醇與25vol％無水乙醇混合液為分散介質(zhì)，在pH=4～10，添加1 wt％～2 wt％的PEI；或在pH=8～10，添加1wt‰～3wt‰的PAM，SiC晶須均能實(shí)現(xiàn)均勻穩(wěn)定分散。 其次，通過沉降實(shí)驗(yàn)對(duì)SiCw、Si3N4p、SiCp三元共分散體系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，討論了pH值

3、、PEI的添加量及分散介質(zhì)對(duì)混合粉體均勻穩(wěn)定分散的影響，并借助TEM來表征SiCw、Si3N4p、SiCp混合粉體是否均勻穩(wěn)定分散。結(jié)果表明，在pH=4．5時(shí)，以乙二醇為分散介質(zhì)，或在pH=6時(shí)，以50vol％乙二醇+50vol％無水乙醇做分散介質(zhì)，均能獲得均勻穩(wěn)定的SiCw-Si3N4p-SiCp三元共分散體系。 最后，以摩爾比為5:3的Al2O3和Y2O3為燒結(jié)助劑，采用放電等離子體燒結(jié)（SPS）工藝制備了Si3N4納米顆粒

4、、SiC晶須協(xié)同增韌碳化硅基復(fù)相陶瓷。借助維氏顯微硬度儀、XRD、SEM等測(cè)試手段，研究了SPS燒結(jié)溫度、燒結(jié)助劑對(duì)燒結(jié)體密度、物相組成、力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響，并結(jié)合燒結(jié)體的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其斷裂方式進(jìn)行了探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)燒結(jié)溫度為1600℃、壓力為30MPa、Al2O3和Y2O3添加量為6wt％、保溫5min時(shí)，樣品的密度高達(dá)3．185g·cm-3，相對(duì)密度達(dá)到99．04％，維氏硬度達(dá)21．37GPa，斷裂韌性達(dá)7．16MPa·m