基于溶胶—凝胶无压烧结制备BN-SiC的组织与性能

发布时间：2019-07-24 15:20

【摘要】：氮化硼陶瓷由于具备质轻、耐高温、绝缘、耐强酸强碱的性能,是理想的航空航天材料,但是六方氮化硼本身由于成片状堆积,原子层之间作用力微弱,极容易产生裂纹,所以导致材料的强度、硬度都不高。另外B、N之间是用共价键连接,烧结时需要很高的温度来提供能量。本文通过无压烧结工艺制备BN-SiC复相陶瓷,利用共沉淀包覆的方法,添加烧结助剂(YAG),以提高BN-SiC复相陶瓷的致密化程度及降低烧结温度。在不同的制备工艺下对比BN-SiC复相陶瓷的相对密度、抗弯强度和微观组织结构,最终确定无压烧结BN-SiC复相陶瓷的最优化烧结制备工艺。此外还对比机械混合法和溶胶凝胶法这两种粉体制备方法对BN-SiC复相陶瓷微观组织结构和力学性能的影响。首先探究最佳烧结温度,在保证其它影响BN-SiC复相陶瓷性能的因素不变条件,将BN-SiC复相陶瓷坯体在1650℃、1700℃、1750℃和1800℃不同的温度下烧结,确定烧结温度在1700℃的时候,烧结效果最理想。确定最佳烧结温度后,研究保温时间(10min、30min、60min和90min)对BN-SiC复相陶瓷性能的影响。通过实验检测对比,当保温时间为min30的时候,BN-SiC复相陶瓷的抗弯强度与烧结性能最佳。为进一步优化BN-SiC复相陶瓷的制备工艺,本文还研究烧结助剂(YAG)含量(6wt%、8wt%、10wt%和12wt%)的影响。研究表明,当烧结助剂(YAG)含量为8wt%时,BN-SiC复相陶瓷性能最佳,原因在于当YAG的含量较少时,烧结过程中没有足够的液相促进烧结,烧结性能低。相反当YAG的含量过多时,陶瓷的抗弯强度、相对密度表现出性能降低,所以YAG含量为8wt%时最佳。在最佳烧结温度、保温时间和烧结助剂含量下,研究第二相(SiC)的含量,当第二相含量为20wt%时,烧结性能最佳,BN-SiC复相陶瓷的抗弯强度、相对密度分别为:38.30MPa、45.15%。本文还对比分析了机械混合和溶胶凝胶两种原料粉体的制备方法对烧结性能和力学性能的影响,研究结果表明溶胶凝胶方法更适宜BN-SiC复相陶瓷材料的制备。
【图文】：

图 1.1 六方氮化硼和石墨的结构Fig.1.1 The structure of hexagonal BN and graphite1.2.2 SiC 的晶体结构碳化硅（SiC）是一种典型的共价化合物（共价键大约占 87%），晶体结构是两种四面体结构交替出现（分为 SiC4和 CSi4 四面体结构）。碳化硅（SiC）晶体结构分为高温稳定相（α-SiC）与低温稳定相（β-SiC）两类。两种晶型如图 1.2 所示。通常情况下，，在相对较低温度下（<1600℃）碳化硅（SiC）的晶体结构为低温稳定相（β-SiC）结构，温度等于 1600℃时，低温稳定相（β-SiC）结构会逐渐变为高温稳定相（α-SiC）晶体结构。因为碳化硅的化学键是通过共价键组成，要断裂共价键就需要相对较多的能量，这便决定了碳化硅作为高温材料首选[12~13]的优秀性能，如高硬度、高强度、耐高温、高热导率、抗热震性能和耐腐蚀性能。例如，机械生产中，高温下使用的轴承、剧烈磨擦的管道以及高速旋转的排风机叶

多种SiC结构
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1

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本文编号：2518714