碳化硅基陶瓷材料高温相平衡研究

发布时间：2018-05-29 16:03

  本文选题：SiC基陶瓷 + 实验相图　； 参考：《合肥工业大学》2017年博士论文

【摘要】：碳化硅(SiC)基材料的相图研究可为理解SiC基陶瓷系统高温下的相平衡关系,确定各组分相容性区域以及高温物理化学反应提供理论依据,同时也是碳化硅基陶瓷在进行组分设计、工艺选择和性能预测时的重要依据。然而,迄今为止对作为重要的结构陶瓷之一的SiC基陶瓷系统相图的报道较少,因此开展碳化硅陶瓷系的相图研究,增补完善相关相图,对于SiC基陶瓷的理论研究和应用开发都具有积极的意义。本课题围绕SiC基陶瓷系统,包括SiC与非稀土氧化物烧结助剂(SiO2、MgO、Al2O3、ZrO2)构成的多元体系,以及SiC与Ⅳ副族氧化物MO2 (M=Ti、Zr)和碱土金属氧化物RO (R=Mg、Ca、Sr、Ba)所构成的三元系统开展高温相关系的研究工作。旨在通过对上述系统内的高温物化反应及相平衡关系的实验研究及理论分析,构建出了各系统在亚固温度下的实验相图。论文所取得的主要研究结果包括:(1)采用平衡合金法测定系统在亚固温度下的高温实验相图,通过XRD对反应产物的物相组成进行了分析,获得了各系统的高温相平衡关系,结果表明在SiC-SiO2-MgO、SiC-SiO2-Al2O3、SiC-SiO2-ZrO2三个系统内,SiC 表现出强的化学惰性,高温下与不同价态的氧化物SiO2、MgO、Al2O3、ZrO2以及系统内化合物之间均不会发生化学反应。基于此提出了 SiC-SiO2-MgO、SiC-SiO2-Al2O3、SiC-SiO2-ZrO2三元系统的亚固相图。(2)在 SiC-Al2O3-ZrO2、SiC-Al2O3-MgO 三元系统及扩展的SiC-SiO2-Al2O3-ZrO2、SiC-SiO2-Al2O3-MgO四元系统内,SiC与各组元及系统内的化合物之间均无化学反应发生,但可与各物相平衡共存。经由实验确认各系统内的高温相关系,提出了 SiC-SiO2-Al2O3-ZrO2、SiC-SiO2-Al2O3-MgO四元系统的亚固相图。(3)一般而言,SiC具有强化学惰性,很难与ZrO2发生化学反应,但当加入RO碱土金属氧化物时,发现SiC-ZrO2-RO系统内发生了三元固相反应。文章采用酸碱反应理论解释了该反应机理,并通过热力学计算及XRD,SEM,EDX等多种测试方法进一步分析了系统内发生的反应过程。(4)在SiC与Ⅳ副族氧化物MO2 (M=Ti、Zr)以及碱土金属氧化物RO(R=Mg、Ca、Sr、Ba)所构成的三元系统内均存在相似的固相反应,该固相反应产物之一为碳化物MC (M=Ti、Zr)。此反应的意义在于可为低温合成Ⅳ副族元素碳化物MC提供了一个新的途径,同时也为MC基、MC/SiC基复相陶瓷的反应烧结提供新的反应体系。(5)实验发现在SiC-TiO2二元系统内存在置换反应:SiC+TiO2 = TiC+SiO2。然而,而同为Ⅳ副族元素氧化物的ZrO2和Hf02则不能与SiC直接发生固相反应生成碳化物,推测其原因是因为TiO2为双性氧化物,相比较ZrO2, HfO2碱性更强,而在适当条件下可与酸性基团SiC发生酸碱反应。(6)在对 SiC-MO2 (M=Ti、Zr) -RO (R=Mg、Ca、Sr、Ba)三元系统高温物化反应研究的基础上,将研究系统扩展到SiC-SiO2-MC-MO2-RO五元系统,基于五元系统内的高温相关系构建出了五元系统SiC-SiO2-ZrC-ZrO2-RO (R=Mg、Ca、Sr、Ba)、SiC-SiO2-TiC-TiO2-RO (R=Mg、Ca)的亚固相图。
[Abstract]:The phase diagram study of sic based materials can provide a theoretical basis for understanding the phase equilibrium relationship at high temperature, determining the compatibility region of each component and the high temperature physical chemical reaction in the SiC based ceramics system. At the same time, it is also the component design of silicon carbide based ceramics. The important basis of process selection and performance prediction. However, as one of the most important structural ceramics, there have been few reports on phase diagrams of SiC based ceramics system so far. Therefore, phase diagrams of silicon carbide ceramics system have been studied, and relevant phase diagrams have been supplemented and perfected. It has positive significance for the theoretical research and application development of SiC based ceramics. This paper focuses on the multicomponent system of SiC based ceramic system, which consists of SiC and non-rare earth oxide sintering auxiliaries such as Sio _ 2, MgO _ 2O _ 3, Al _ 2O _ 3O _ 2, and ZrO _ 2. The high temperature phase relationship of the ternary system composed of SiC and MO2 (鈪，

本文编号：1951479