原位形成堇青石結合碳化硅復相材料的制備與性能研究.pdf

1、碳化硅具有高的熱傳導率、低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異特性，因而碳化硅質(zhì)耐火材料具有良好的抗熱震性，作為陶瓷燒成窯的窯具逐漸得到開發(fā)和廣泛應用。但是，由于其強的共價鍵和低的擴散性，純SiC很難燒結，即使在添加劑作用下，SiC仍需高溫高壓條件下燒結，這給SiC陶瓷材料的制造帶來了困難，因此必須采用一些特殊工藝手段或者依靠第二相物質(zhì)促進其燒結。目前，堇青石結合碳化硅復相材料由于結合了堇青石和碳化硅的優(yōu)點而受到業(yè)內(nèi)廣泛關注。
　　針對堇青石與非氧

2、化物碳化硅結合性不好而導致堇青石結合碳化硅復相材料強度較低、高溫性能不好、熱震穩(wěn)定性差等缺點，本文以SiC為骨料、以滑石、蘇州土、藍晶石、石英粉等作為基質(zhì)細粉，通過原位形成堇青石制各了堇青石結合碳化硅復相材料。研究了基質(zhì)原料種類，碳化硅顆粒經(jīng)過預氧化處理以及基質(zhì)中Al2O3-SiO2陶瓷纖維的引入對制備堇青石結合碳化硅材料性能的影響。獲得主要研究結果如下:
　　(1)采用不同礦物原料為基質(zhì)，制備了堇青石結合碳化硅復相材料。盡管基質(zhì)

3、中氧化鎂或氧化鋁及氧化硅來源不同，但在煅燒溫度為1250℃時均開始形成堇青石相，煅燒溫度為1350℃時，主晶相為碳化硅和堇青石相，并有少量方石英相，而基質(zhì)中含有‘三石’礦物原料的復相材料中堇青石發(fā)育良好。采用滑石/粘土或鎂砂/粘土作為基質(zhì)原料制備的堇青石結合碳化硅復相材料過程中產(chǎn)生體積收縮，而采用滑石/藍晶石、滑石/紅柱石和滑石/硅線石分別作為基質(zhì)制備的復相材料過程中則產(chǎn)生體積膨脹，其中以滑石/硅線石為基質(zhì)原料的復相材料在制備過程中體積

4、效應最小，其骨料與基質(zhì)之間結合緊密。在煅燒溫度為1350℃的溫度下，以滑石/硅線石為基質(zhì)原料制備的堇青石結合碳化硅復相材料的強度最高，常溫抗折強度和高溫抗折強度分別達16.77MPa和10.08MPa。
　　(2)碳化硅顆粒經(jīng)過預氧化處理后其表面產(chǎn)生SiO2的生成量與預處理的溫度和保溫時間有關，預處理溫度越高，保溫時間越長碳化硅氧化生成的SiO2的量就越多，且預氧化溫度對氧化程度的影響比氧化時間對氧化程度的影響要大。碳化硅顆粒在預

5、氧化處理過程中產(chǎn)生的SiO2液相，從而有利于降低堇青石結合碳化硅復相材料的氣孔率，促進燒結。1400℃×4h的預處理條件對復相材料的燒結性能最為有利，其試樣對應的抗折強度也為最高，達15.23MPa。同時，預氧化處理引入的SiO2使得試樣中顆粒界面結合緊密，提高了材料的熱震穩(wěn)定性，隨著預氧化處理溫度的提高，堇青石結合碳化硅復相材料的熱震穩(wěn)定性越好。
　　(3)將2％～10％的Al2O3-SiO2陶瓷纖維引入到堇青石基質(zhì)粉末中制備了

6、堇青石結合碳化硅復相材料。隨著Al2O3-SiO2纖維含量的提高，在不同煅燒溫度下制備的復相材料的顯氣孔率均有提高，體積密度均呈降低。Al2O3-SiO2纖維的加入可顯著提高堇青石結合碳化硅復相材料的熱震穩(wěn)定性，且該復相材料力學性能呈先提高后下降的趨勢，當Al2O3-SiO2陶瓷纖維含量為8％時，耐壓強度與抗折強度達到最大值。1350℃時分別達80.74MPa和33.14MPa，比不引入陶瓷纖維的復相材料分別提高了97.33％和84.5