凝膠注模成型反應(yīng)燒結(jié)碳化硅制備工藝研究.pdf

1、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷材料具有耐高溫、抗氧化、耐磨損、耐腐蝕、抗熱震以及高硬度、高熱導(dǎo)率等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于冶金、建材、化工、國防等工業(yè)領(lǐng)域。目前，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷大多采用傳統(tǒng)的陶瓷注漿工藝成型，對于復(fù)雜形狀的制品往往會因注漿坯體密度不均勻而造成產(chǎn)品開裂等缺陷。凝膠注模工藝是建立在傳統(tǒng)陶瓷注漿成型技術(shù)和高分子化學(xué)理論的基礎(chǔ)上的一種新的成型工藝，是通過有機(jī)單體聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)漿料的原位成型的凈尺寸成型方法。凝膠注模工藝成型的坯體具有密度均勻、

2、致密度高、強(qiáng)度大、可進(jìn)行機(jī)械加工等特點(diǎn)。本課題通過對低粘度、高固含量碳化硅/炭黑漿料的制備技術(shù)以及凝膠注模成型工藝參數(shù)的研究，制備了結(jié)構(gòu)均勻、致密度高的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅坯體，并對坯體和燒結(jié)試樣的力學(xué)性能及影響因素進(jìn)行了測試分析。同時(shí)，對凝膠注模成型工藝制備的短切碳纖維增強(qiáng)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅復(fù)合材料的工藝和性能進(jìn)行了研究和探討。 本文系統(tǒng)研究了碳化硅/炭黑料漿制備過程中碳化硅顆粒級配、球磨時(shí)間、分散劑種類及用量、料漿pH值、有機(jī)單體含量

3、以及固相含量等因素對料漿粘度的影響，制備出了固相含量高達(dá)60vol﹪，流變性能夠滿足凝膠注模工藝要求的碳化硅/炭黑料漿。研究了漿料抽真空時(shí)間對坯體吸水率的影響，結(jié)果說明真空脫氣10-15min后得到的坯體有較高的致密度。通過改變固含量、引發(fā)劑用量和環(huán)境溫度可以控制聚合反應(yīng)的誘導(dǎo)期及漿料固化時(shí)間，從而保證澆注過程的順利進(jìn)行，有利于制備均勻性好、致密度高的反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷坯體。 通過對凝膠注模成型反應(yīng)燒結(jié)碳化硅坯體及燒結(jié)試樣的性能

4、研究表明：固相含量和單體含量是影響坯體和燒結(jié)樣品性能的主要因素。在一定范圍內(nèi)，隨著單體含量的增加，坯體的彎曲強(qiáng)度也隨之增大。有機(jī)單體的加入量為原料總量的4.0wt﹪，固含量為55vol﹪時(shí)，坯體的強(qiáng)度最高為25MPa，但繼續(xù)增加單體的含量時(shí)坯體的強(qiáng)度呈下降趨勢，而燒結(jié)體的強(qiáng)度和密度均隨單體含量的增加略有降低。固相含量增加能夠減小坯體的干燥收縮，提高坯體和燒結(jié)體的密度。當(dāng)固含量達(dá)到58vol﹪，有機(jī)單體含量為3.5wt﹪時(shí)，坯體的彎曲強(qiáng)度

5、為27MPa，燒結(jié)試樣的彎曲強(qiáng)度為480MPa。坯體具有較高的強(qiáng)度，可以進(jìn)行機(jī)械加工。通過坯體和燒結(jié)試樣的顯微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，坯體和燒結(jié)試樣的顯微結(jié)構(gòu)均勻致密；燒結(jié)體中在α-SiC晶粒的周圍存在細(xì)小的β-SiC晶粒。對燒結(jié)體的X射線衍射分析說明，燒結(jié)體的主要晶相組成為碳化硅和游離硅，沒有發(fā)現(xiàn)未參加反應(yīng)的碳。以反應(yīng)燒結(jié)碳化硅為基體，短切碳纖維為增強(qiáng)相，采用凝膠注模成型工藝和反應(yīng)燒結(jié)法制備了碳纖維/碳化硅復(fù)合材料。本文研究了不同碳纖維加入量對