超高壓高溫?zé)Y(jié)SiC研究.pdf

1、碳化硅陶瓷具有高溫強(qiáng)度高、抗氧化性強(qiáng)、耐磨損性好、熱膨脹系數(shù)小、硬度高、抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，因此，在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。然而，SiC是一種共價鍵性很強(qiáng)的化合物，其自擴(kuò)散系數(shù)極小，可燒結(jié)性很差。在傳統(tǒng)的粉末冶金SiC燒結(jié)工藝條件下，如果不加入適當(dāng)?shù)奶砑觿僑iC是很難燒結(jié)致密化。采用超高壓燒結(jié)方法可以在較低溫度、較短時間、低燒結(jié)助劑添加量下獲得高致密度、高性能的陶瓷，因此，本文試圖通過采用超高壓燒結(jié)技術(shù)，并通過調(diào)節(jié)燒結(jié)

2、工藝制備SiC陶瓷，并開展了燒結(jié)工藝對性能、微觀組織的影響研究。
　　本文以納米碳化硅為主要原料，采用兩面頂壓機(jī)獲得超高壓條件，通過調(diào)節(jié)燒結(jié)工藝、燒結(jié)助劑添加量，燒結(jié)制備了納米晶SiC陶瓷。采用X射線衍射(X-Ray Diffration，XRD)、X光電子能譜（X-Photoelectron Spectrum，XPS）、掃描電子顯微鏡（ScanningElectron Microscope，SEM）、排水法、顯微硬度儀等測試手段

3、對陶瓷的相組成、化學(xué)成分、顯微結(jié)構(gòu)、密度、顯微硬度等進(jìn)行分析。
　　實(shí)驗結(jié)果表明:采用超高壓燒結(jié)法可以燒結(jié)獲得SiC陶瓷。對陶瓷的相組成的分析表明，燒結(jié)后陶瓷無相轉(zhuǎn)變，仍以β-SiC為主;對于Al2O3燒結(jié)助劑添加的陶瓷有新相Al2SiO5形成，Al2SiO5的生成有利于燒結(jié)的進(jìn)行;采用謝樂公式及Jade5.0分別計算了陶瓷的晶粒尺寸及品格常數(shù)，發(fā)現(xiàn)超高壓燒結(jié)的陶瓷晶粒長大不明顯，為納米晶陶瓷(20～40nm);由于超高壓燒結(jié)后殘

4、余應(yīng)力的存在SiC的品格發(fā)生了收縮(約0.3％～0.45％)。對陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)分析表明，燒結(jié)的陶瓷致密無氣孔，呈典型的固相燒結(jié)形貌;添加燒結(jié)助劑的陶瓷中存在細(xì)小富Al2O3區(qū)，燒結(jié)助劑存在一定的分散不均勻性。
　　對陶瓷的化學(xué)成分分析表明，超高壓燒結(jié)時陶瓷素坯吸附的N2、O2等參與了反應(yīng)，分別生成SiO2和Si3N4，反應(yīng)的發(fā)生起到消除氣孔的作用，有利于燒結(jié)的進(jìn)行。
　　對制備的陶瓷密度及顯微硬度分析表明，采用超高壓燒結(jié)工藝

5、可以燒結(jié)獲得無燒結(jié)助劑添加的高硬度高致密度SiC陶瓷(致密度92％～100％，顯微硬度2800Hv1.96～4000Hv1.96)，燒結(jié)工藝對陶瓷致密度及顯微硬度影響明顯，隨溫度、壓力、保溫時間的延長陶瓷的密度及顯微硬度都有所提高;結(jié)果表明，Al2O3是SiC燒結(jié)的有效燒結(jié)助劑，在低添加量下（約2wt％）即可實(shí)現(xiàn)陶瓷的全致密燒結(jié)，陶瓷硬度隨燒結(jié)助劑含量增加而提高;燒結(jié)工藝對添加了燒結(jié)助劑陶瓷性能的影響與純SiC的燒結(jié)類似，但獲得的陶瓷的