粉體超微化及燒結助劑引入對碳化硅陶瓷制備的影響.pdf

1、碳化硅陶瓷是一種高性能的結構陶瓷,具有高硬度、高強度、耐高溫、耐化學腐蝕、高熱導率、低熱膨脹等性能,廣泛用于各個工業(yè)領域。碳化硅陶瓷的燒結、結構及性能與SiC粉體制備、成型工藝、燒結工藝及添加劑等因素密切相關。目前,碳化硅陶瓷制備中存在粉體顆粒度大、團聚嚴重、粒度分布寬,粉體流動性及成型性能差,陶瓷材料的燒結性能及力學性能較差等問題,影響了碳化硅陶瓷的應用。本文在回顧碳化硅陶瓷原料制備及燒結工藝研究現(xiàn)狀的基礎上,采用新型氣流粉碎進行Si

2、C粉體的超微化處理,制備粒徑小、分布窄、五團聚的SiC超微粉。在溶膠—凝膠法制備YAG(Y3Al5O12)超細粉的基礎上,采用溶膠—凝膠法在SiC粉體中引入燒結助劑YAG,制備分散均勻的SiC/YAG復合粉體,降低復合粉體的燒結溫度,通過工藝優(yōu)化,制得高性能碳化硅陶瓷。研究對無壓燒結碳化硅陶瓷的實際生產提供參考依據(jù),具有重要的應用前景。采用流化床對撞式氣流粉碎(QLM-80K)超微化處理SiC粉體。工藝優(yōu)化的研究結果表明,隨著工作壓力增

3、大,分級輪頻率提高,超微化處理效果明顯,最佳工藝參數(shù)為:分級輪頻率40HZ,破碎壓力0.7 MPa,粉碎次數(shù)1次;此工藝條件處理后,SiC粉體的平均粒徑由3.01μm降至0.75μm,粒徑分布由0.4～1.5μm和8～23μm的雙峰分布變?yōu)?.4～1.2μm的單峰分布,分布寬度從25.125降到0.833,取得較好的超微化效果。粉體超微化提高了素坯特性及均勻性,降低了坯體燒結溫度,改善了固相燒結碳化硅陶瓷的性能及組織結構。與未超微化相比

4、,超微化后碳化硅陶瓷的硬度由2.05GPa升至2.60GPa,斷裂韌性由3.1MPa·m1/2升至3.8MPa·m1/2,抗彎強度由353MPa升至420MPa。采用無機鹽前驅體溶膠—凝膠法制備YAG超細粉和SiC/YAG復合粉體。研究結果表明,YAG凝膠呈網狀結構,YAG相轉變過程為無定型→YAM→YAP→YAG,干凝膠在920℃左右熱處理后完全轉變成YAG相,Y與Al的原子比約為3:5,經研磨后制備得粒徑分布窄、平均粒徑約為210n

5、m的超細YAG粉末。在溶膠—凝膠法制備YAG過程中,加入SiC粉體,SiC顆粒嵌入在YAG凝膠網絡中,并在SiC浙江大學碩士學位論文顆粒表面形成一層包裹膜,經過與YAG相同的干燥及熱處理工藝后,獲得YAG粒徑小、均勻分散的siC/YAG復合粉體。采用真空無壓燒結進行碳化硅復合粉體的燒結致密化。研究結果表明,YAG添加量為10叭％時,碳化硅陶瓷的燒結性能和力學性能較佳;隨著燒結溫度的增加,碳化硅陶瓷的的燒結性能及力學性能變差。碳化硅適宜工

6、藝為:YAG添加量IOwt%,燒結溫度1860℃,燒結時間45min;在此工藝條件下,碳化硅陶瓷可以獲得較高燒結性能及力學性能,其相對密度達到了98.23%,斷裂韌性5.03 Mpa·m1/2,抗彎強度達到486MPa;陶瓷的晶粒細小,尺寸為0.5一2卿,且分布均勻;陶瓷的斷裂方式為沿晶斷裂。在碳化硅的固相燒結中,超微化處理后,隨粉體顆粒尺寸的減小,表面能增加,增加燒結勢能,降低燒結溫度,促進碳化硅陶瓷的致密化。在碳化硅液相燒結中,超微