碳熱還原高嶺土合成SiC-,w--Al-,2-O-,3-納米復(fù)相陶瓷粉及SiC-,w-生長(zhǎng)機(jī)理研究.pdf

1、SiC和Al2O3是應(yīng)用最廣的兩種結(jié)構(gòu)陶瓷，具有高硬度、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。然而，陶瓷最大的缺點(diǎn)——脆性在上述這兩種單相陶瓷中依然無(wú)法克服，采用兩相復(fù)合是解決脆性問(wèn)題的有效途徑。SiCw的引入對(duì)Al2O3陶瓷材料的斷裂韌性、抗彎強(qiáng)度和抗熱震性等方面都有明顯提高，從而成為當(dāng)今世界上研究比較多的陶瓷材料之一。 本文以天然礦物高嶺土和多種碳源為原料，采用碳熱原位合成技術(shù)制備SiCw/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體。研究了合成工藝因素，如合成溫度、保

2、溫時(shí)間、保護(hù)氣氛、原料配比、碳黑粒度以及不同碳源對(duì)合成產(chǎn)物的影響，同時(shí)對(duì)碳熱還原高嶺土反應(yīng)的熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了理論分析，并單獨(dú)采用石英和莫來(lái)石為原料，將碳熱還原石英和碳熱還原莫來(lái)石的反應(yīng)過(guò)程與碳熱還原高嶺土的反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、合成產(chǎn)物的物相和微觀結(jié)構(gòu)分析，探討了碳熱還原高嶺土的反應(yīng)過(guò)程中SiCw/Al2O3的形成的機(jī)理。 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)高嶺土與碳黑的摩爾比為1:8，碳黑的粒度為179nm，氬氣流量為80mL/mi

3、n，合成溫度為1500℃，恒溫2h時(shí)，可以成功獲得物相純凈形貌最佳的SiCw/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體，其中SiC晶須的平均直徑≤200nm，長(zhǎng)度平均≥5μm，長(zhǎng)徑比≥25。以活性炭和天然石墨為碳源，同樣可以在1500℃下合成SiCw/Al2O3。但是原始碳顆粒的物性狀況直接決定了產(chǎn)物的形貌特征，以活性炭為碳源合成的產(chǎn)物中SiCw含量較少，并且多為彎曲狀；而以天然石墨為碳源則不能獲得SiCw，只能得到SiCp。 碳熱還原高嶺土的合

4、成過(guò)程分為三部分，首先是高嶺土脫水后形成無(wú)定形SiO2和莫來(lái)石；然后是無(wú)定形SiO2以及莫來(lái)石的碳熱還原。SiC晶須的形成機(jī)理是：SiO2與C先通過(guò)固相反應(yīng)，形成SiC晶核，隨著溫度的升高SiO氣相的形成，然后在氣，固界面SiC通過(guò)二維成核生成片狀晶芽，在光滑界面生長(zhǎng)機(jī)制作用下，沿(111)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)逐漸形成SiC晶須；莫來(lái)石與C通過(guò)固相反應(yīng)使其中的SiOx相形成氣相SiO形式擴(kuò)散，再與C反應(yīng)，在其表面形成SiC晶核，最終生長(zhǎng)為SiC