SiC-納米TiN復(fù)合漿料特性及復(fù)相陶瓷制備.pdf

1、碳化硅陶瓷作為一種結(jié)構(gòu)陶瓷，具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨、耐熱、耐腐蝕以及高溫力學(xué)和熱學(xué)性能優(yōu)良等特性，但較低的韌性和較差的可靠性，使得碳化硅在生產(chǎn)和加工過程中廢品率較高，限制了其在更廣泛領(lǐng)域中的應(yīng)用。氮化鈦具有同碳化硅相近的力學(xué)和熱學(xué)性能，通過向SiC陶瓷基體中引入TiN納米顆粒，利用納米粒子的增強(qiáng)增韌作用，可以改善SiC陶瓷材料脆性大的缺點(diǎn)，從而制備出具有較高強(qiáng)度和較高韌性的SiC納米TiN復(fù)相陶瓷。 本文在回顧了碳化硅陶瓷及其

2、納米復(fù)相陶瓷研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計(jì)SiC/納米TiN復(fù)相陶瓷組成，研究了納米TiN和SiC顆粒在水介質(zhì)中的分散行為，確定了兩種粉體的最佳分散條件；在此基礎(chǔ)上考察了不同分散劑含量、固含量以及納米TiN添加量對(duì)SiC/納米TiN復(fù)合漿料流變特性的影響，制備出滿足噴霧干燥要求的復(fù)合漿料，并利用噴霧干燥制備出納米顆粒分散性好、成分分布均勻同時(shí)具有較好成型性能的SiC/納米TiN復(fù)合粉體；采用無壓液相燒結(jié)技術(shù)，通過調(diào)整燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間以及納

3、米TiN添加量制備出性能優(yōu)異的SiC/納米TiN復(fù)相陶瓷，為復(fù)相陶瓷產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)，并擴(kuò)展碳化硅陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域。主要工作包括以下幾個(gè)方面： (1)納米TiN和SiC在水介質(zhì)中的分散特性隨著pH值的增加，納米TiN和SiC顆粒表面均由荷正電轉(zhuǎn)變?yōu)楹韶?fù)電，在pH≥8時(shí)具有良好的分散性和穩(wěn)定性。TMAH可以在納米TiN和SiC表面形成特征吸附，加入量為0.75wt％時(shí)，兩種粉體均達(dá)到最好的分散效果。在pH=8、TMAH加入量為

4、0.75wt％的條件下，納米TiN粒徑呈單峰分布，中位粒徑為89.9nm；而此條件下的SiC懸浮液在靜置7個(gè)小時(shí)后其相對(duì)沉降高度仍保持在99％以上。 (2)SiC/納米TiN復(fù)合漿料流變特性及復(fù)合粉體的制備SiC/納米TiN復(fù)合漿料的粘度和剪切應(yīng)力均隨TMAH加入量的增加而減小，添加0.75wt％TMAH漿料的粘度達(dá)到9mPa·s，剪切應(yīng)力在整個(gè)剪切速率下一直很小(小于4Pa)；固含量的增加使得SiC/納米TiN復(fù)合漿料的粘度和

5、剪切應(yīng)力均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，固含量為40wt％的漿料更適合噴霧干燥；納米TiN的添加量對(duì)漿料流變有較大影響，添加5wt％納米TiN的漿料，在整個(gè)剪切速率下粘度和剪切應(yīng)力都保持在較低水平，納米TiN含量增加時(shí)，漿料粘度和剪切應(yīng)力迅速增加。利用噴霧干燥可以制備出納米顆粒分散性好、成分分布均勻同時(shí)具有較好成型性能的SiC/納米TiN復(fù)合粉體。 (3)SiC/納米TiN復(fù)相陶瓷的制備SiC/納米TiN復(fù)相陶瓷的失重率和收縮率隨著燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間的

6、增加而增加，隨納米TiN添加量的增大而減小。SiC和納米TiN的晶粒隨燒結(jié)溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而長(zhǎng)大，納米TiN可以起到細(xì)化SiC晶粒的作用。物相分析和熱力學(xué)計(jì)算表明，TiN會(huì)與基體在一定程度上發(fā)生反應(yīng)生成TiC。在1850℃保溫1h的條件下，納米TiN含量為5wt％的試樣相對(duì)密度達(dá)到98％，彎曲強(qiáng)度為686.8MPa，硬度為21.73GPa，斷裂韌性為7.04MPa·m<'1/2>。納米TiN顆粒通過對(duì)基體SiC晶界的釘扎作用和