本文關(guān)鍵詞：碳納米顆粒改性碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

碳納米顆粒改性碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備及其性能研究

來(lái)源:噴陶瓷 | 發(fā)布時(shí)間:2015-5-21 | 瀏覽次數(shù)：

陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix Composite，簡(jiǎn)記為CMC）是以陶瓷材料為基體，以陶瓷纖維、晶須、晶片或顆粒為補(bǔ)強(qiáng)體，通過(guò)適當(dāng)?shù)膹?fù)合工藝制備的、性能可設(shè)計(jì)的一類(lèi)新型材料。本論文將碳納米顆粒與碳化硅復(fù)合制備的碳顆粒/碳化硅陶瓷基復(fù)合材料，有效地改善碳化硅陶瓷的機(jī)械加工性能，并將其應(yīng)用于玻璃夾具、模具材料，提高了使用壽命，具有一定的強(qiáng)度和硬度，且使該材料不與高溫玻璃熔體發(fā)生粘接。本論文第一章首先綜述C/SiC陶瓷基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，歸結(jié)了制備C/SiC陶瓷基復(fù)合材料的現(xiàn)代技術(shù)，其中主要是碳纖維增強(qiáng)的碳化硅（Cf/SiC）陶瓷基復(fù)合材料的制備技術(shù)。雖然，Cf/SiC陶瓷基復(fù)合材料各方面性能的研究較為成熟，然而，在C/SiC陶瓷基復(fù)合材料的未來(lái)工業(yè)領(lǐng)域，考慮到制備成本，可選用碳顆粒/碳化硅（Cp/SiC）陶瓷基復(fù)合材料。還闡述了機(jī)械力化學(xué)法合成復(fù)相陶瓷粉體材料是一種具有廣闊應(yīng)用前景的復(fù)相陶瓷材料制備方法，采用該方法制備在常規(guī)高溫、高壓條件下難以制備的特種陶瓷顆粒材料。同時(shí)，重點(diǎn)描述了機(jī)械力化學(xué)法制備陶瓷顆粒的原理和理論基礎(chǔ)及其研究進(jìn)展。另外，給出了本論文的研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容。論文第二章根據(jù)機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、采用常溫下機(jī)械力化學(xué)方法原位制備Cp/SiC復(fù)合粉體，探討了機(jī)械力化學(xué)法原位合成復(fù)合粉體的復(fù)合機(jī)理。采用現(xiàn)代表征方法（如X光衍射、熱重和差熱分析、掃描電鏡和透射電鏡等）對(duì)制備的樣品進(jìn)行了表征。另外，還分析和研究了不同的合成參數(shù)（如球料比、研磨時(shí)間、研磨方式等）對(duì)合成β-SiC以及后續(xù)原位復(fù)合得到Cp/SiC復(fù)合粉體性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，采用優(yōu)化機(jī)械力化學(xué)合成參數(shù)，可有效地合成β-SiC并與多余碳納米顆粒原位復(fù)合得到Cp/SiC的復(fù)合粉體。論文第三章研究了采用噴霧造粒的方法以機(jī)械力化學(xué)原位合成Cp/SiC復(fù)合粉體為原料制備類(lèi)球形Cp/SiC復(fù)合顆粒，并探討了影響噴霧造粒過(guò)程的主要因素。另外，還研究了分散劑種類(lèi)、分散劑用量、攪拌時(shí)間以及碳納米顆粒含量等參數(shù)對(duì)合成Cp/SiC復(fù)合粉體在水介質(zhì)中的分散性能的影響。結(jié)果表明，對(duì)Cp/SiC復(fù)合粉體固含量為45wt%的分散漿料采用噴霧造粒方法可有效地制得適宜的類(lèi)球形實(shí)心Cp/SiC復(fù)合顆粒。論文第四章研究了采用無(wú)壓燒結(jié)的方法制備不同碳納米顆粒含量（即，5wt%、10wt%、15wt%和25wt%）的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料，探討了無(wú)壓燒結(jié)Cp/SiC復(fù)合陶瓷的燒結(jié)致密化機(jī)理，以及碳納米顆粒含量對(duì)復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，添加碳納米顆粒的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的無(wú)壓燒結(jié)致密化機(jī)理與SiC陶瓷的無(wú)壓燒結(jié)機(jī)理是一致的，即，燒結(jié)初期，膨脹機(jī)制占主導(dǎo)；燒結(jié)中期，收縮機(jī)制占主導(dǎo)，并抵消膨脹機(jī)制的作用；燒結(jié)終結(jié)前，膨脹機(jī)制略占主導(dǎo)。同時(shí)，隨著碳納米顆粒含量的增加，碳納米顆粒/碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度逐漸降低，顯氣孔率逐漸增大，硬度逐漸降低，但斷裂韌性先增大后減小，并在碳納米顆粒為15wt%時(shí)達(dá)到了極大值（2.58MPa·m1/2）。當(dāng)碳納米顆粒含量為0～15wt%時(shí)，陶瓷基復(fù)合材料的燒失率控制在5～6%之間。當(dāng)碳納米顆粒含量超過(guò)15wt%時(shí)，燒失率急劇增大，當(dāng)碳納米顆粒含量為25wt%時(shí)，其燒失率達(dá)到18%以上。論文第五章研究了Cp/SiC復(fù)合陶瓷材料的氧化行為和抗熱震性。結(jié)果表明，在400～700℃之間，Cp/SiC復(fù)合陶瓷在空氣中的氧化過(guò)程受C-O2反應(yīng)控制，呈均勻氧化，其顯氣孔率隨氧化溫度的升高而增加，彎曲強(qiáng)度隨氧化溫度增加而降低，當(dāng)達(dá)到700℃時(shí)，為極小值；在700～1000℃之間，氧化過(guò)程受O2的氣相擴(kuò)散和O2通過(guò)微裂紋的擴(kuò)散控制，可形成SiO2相。隨溫度增高，其顯氣孔率降低，彎曲強(qiáng)度增加，在1000℃時(shí)達(dá)到極大值；在1000～1100℃之間，O2通過(guò)SiC缺陷的擴(kuò)散控制著復(fù)合陶瓷材料的氧化過(guò)程，顯氣孔率增加，彎曲強(qiáng)度降低。同時(shí)，隨著碳納米顆粒含量的增加，碳納米顆粒大量聚集在晶界處，重復(fù)冷熱循環(huán)容易降低復(fù)合材料的強(qiáng)度，出現(xiàn)裂紋的幾率增大，抗熱震性變差。因此，，氧化溫度和碳納米顆粒含量是影響Cp/SiC復(fù)合陶瓷材料強(qiáng)度及氧化行為和抗熱震性的關(guān)鍵因素。論文第六章研究了碳納米顆粒含量對(duì)Cp/SiC陶瓷的機(jī)械加工性能。結(jié)果表明，添加在Cp/SiC陶瓷中并均勻分布在SiC晶界處的碳納米顆�？筛纳艭p/SiC陶瓷的機(jī)械加工性能。但是，當(dāng)添加的碳納米顆粒含量超過(guò)15wt%時(shí)，材料內(nèi)部形成了網(wǎng)絡(luò)孔洞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其陶瓷材料致密度急劇降低。另外，依據(jù)采用機(jī)械加工速度V、機(jī)械加工性指數(shù)M、脆性指數(shù)B及可加工性能參數(shù)n綜合評(píng)價(jià)Cp/SiC陶瓷的機(jī)械加工性能可知，當(dāng)碳納米顆粒含量為15wt%時(shí)，極大值Mmax為0.921，極小值Bmin為1.09，可加工性能參數(shù)極大值nmax為+0.342，這表明碳納米顆粒含量為15wt%的Cp/SiC陶瓷具有良好的機(jī)械加工性能。論文第七章采用此復(fù)合材料制備了玻璃夾具，并給出了實(shí)際應(yīng)用結(jié)果。另外，經(jīng)潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，當(dāng)碳納米顆粒含量為或大于15wt%時(shí)，Cp/SiC陶瓷基復(fù)合材料在1000℃以下與玻璃熔體不發(fā)生粘結(jié)，潤(rùn)濕性差。此時(shí)在復(fù)合材料中的碳納米顆粒先于SiC基體氧化，抑制了基體表面SiO2膜的生成，從而有效地降低了基體與玻璃熔體的粘結(jié)和潤(rùn)濕效應(yīng)，以達(dá)到適用作玻璃夾具材料的不粘結(jié)性質(zhì)。最后，給出了通過(guò)研究所獲得的論文結(jié)論以及今后工作的展望。

<> TAG：噴陶瓷

||

上一篇：臉盆選購(gòu)小竅門(mén)：注意陶瓷的質(zhì)量
下一篇：陶瓷輥筒的特性與使用效果

相關(guān)內(nèi)容

  本文關(guān)鍵詞：碳納米顆粒改性碳化硅陶瓷基復(fù)合材料的制備及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。