碳熱還原高嶺土合成SiC-,w--Al-,2-O-,3-納米復相陶瓷粉及SiC-,w-生長機理研究.pdf

1、SiC和Al2O3是應用最廣的兩種結構陶瓷，具有高硬度、高強度等優(yōu)點。然而，陶瓷最大的缺點——脆性在上述這兩種單相陶瓷中依然無法克服，采用兩相復合是解決脆性問題的有效途徑。SiCw的引入對Al2O3陶瓷材料的斷裂韌性、抗彎強度和抗熱震性等方面都有明顯提高，從而成為當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制備SiCw/Al2O3復相陶瓷粉體。研究了合成工藝因素，如合成溫度、保

2、溫時間、保護氣氛、原料配比、碳黑粒度以及不同碳源對合成產(chǎn)物的影響，同時對碳熱還原高嶺土反應的熱力學過程進行了理論分析，并單獨采用石英和莫來石為原料，將碳熱還原石英和碳熱還原莫來石的反應過程與碳熱還原高嶺土的反應過程進行對比分析，結合反應動力學、合成產(chǎn)物的物相和微觀結構分析，探討了碳熱還原高嶺土的反應過程中SiCw/Al2O3的形成的機理。 實驗表明，當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，可以成功獲得物相純凈形貌最佳的SiCw/Al2O3復相陶瓷粉體，其中SiC晶須的平均直徑≤200nm，長度平均≥5μm，長徑比≥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、成過程分為三部分，首先是高嶺土脫水后形成無定形SiO2和莫來石；然后是無定形SiO2以及莫來石的碳熱還原。SiC晶須的形成機理是：SiO2與C先通過固相反應，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通過二維成核生成片狀晶芽，在光滑界面生長機制作用下，沿(111)晶面擇優(yōu)生長逐漸形成SiC晶須；莫來石與C通過固相反應使其中的SiOx相形成氣相SiO形式擴散，再與C反應，在其表面形成SiC晶核，最終生長為SiC