基于溶胶凝胶法热压烧结制备BN-SiC复合陶瓷的研究

发布时间：2017-09-03 14:01

  本文关键词：基于溶胶凝胶法热压烧结制备BN-SiC复合陶瓷的研究

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【摘要】：本课题应用溶胶凝胶法和机械混合法制备出两种BN-SiC复合粉体。以BN作为基体。第二相SiC(质量分数小于50%)作为增韧相,弥撒分布于BN基体中。实验中,利用热压烧结工艺对两种复合粉体进行处理,最终获得了两种BN-SiC复相陶瓷材料。使用CMT-100型电子万能试验机、HVS-5型维氏硬度计、S4800型扫描电子显微镜等设备探究材料烧结性能和力学性能。通过对复合材料致密性,维氏硬度,抗弯强度和微观形貌等方面的分析,探索烧结温度,保温时间,第二相含量及原始粉体性能与复合材料微观组织与力学性能之间的关系。为BN-SiC复相陶瓷材料的实际应用奠定基础。实验结果表明,溶胶凝胶法制备出的BN-SiC复合粉体具有较高的活化性能和较低的烧结温度。在实际热压烧结过程中选取若干温度点位(1700℃、1750℃、1800℃)。研究发现,1750℃为该材料的最佳烧结温度。此时复相陶瓷材料的绝对密度和相对密度分别为1.69g/cm3和68.79%。材料对应的维氏硬度及抗弯强度分别为16.24MPa和61.00MPa。研究过程中还发现,该系列BN-SiC复相陶瓷材料的最佳第二相质量分数为20%wt.、最佳保温时间为90min。此时,BN-20%wt.复合陶瓷材料的绝对密度和相对密度为2.13g/cm3和86.84%。材料对应的维氏硬度及抗弯强度分别为47.68MPa和124.63 MPa。本文还对原始粉体制备方式对BN-Si C复相陶瓷材料烧结性能的影响进行了研究。在烧结工艺一致(最佳烧结条件1750℃×90min,30MPa)的情况下,溶胶凝胶法制备的复合陶瓷材料晶粒小,气孔率低,致密程度高。相比之下,机械混合法制备的复合陶瓷材料内部发生了严重的团聚现象。因此,溶胶凝胶法制备的粉体经热压烧结后制备的复合陶瓷材料力学性能均好于机械混合法。相比于机械混合法,溶胶凝胶法更适合作为烧结高性能BN-SiC复合陶瓷材料的原始粉体制备方法。
【关键词】：溶胶凝胶法 氮化硼 碳化硅 力学性能 复合陶瓷
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章绪论11-28
• 1.1 前言11-12
• 1.2 六方氮化硼（h-BN）陶瓷的结构、性能和应用12-15
• 1.3 碳化硅（SiC）陶瓷的结构、性能和应用15-18
• 1.4 BN-SiC复合陶瓷材料的烧结制备方法18-22
• 1.4.1 原位合成法18-20
• 1.4.2 无压烧结法20
• 1.4.3 热压烧结法20-22
• 1.5 BN-SiC纳米陶瓷粉体的制备工艺22-26
• 1.5.1 机械混合法22-23
• 1.5.2 高分子网络法23-24
• 1.5.3 溶胶凝胶法24-26
• 1.6 本课题研究的目的、意义和主要研究内容26-28
• 1.6.1 本论文的目的和研究意义26-27
• 1.6.2 主要研究内容27-28
• 第2章实验原料、设备及实验方法28-46
• 2.1 实验原料28-29
• 2.2 实验设备及检测仪器29-30
• 2.3 实验方法30-41
• 2.3.1 溶胶凝胶法制备BN-SiC前驱体30-32
• 2.3.2 机械混合法制备BN-SiC前驱体32-34
• 2.3.3 BN-SiC复合粉体的合成34-36
• 2.3.4 复合粉体的除杂36-37
• 2.3.5 复合粉体的包覆37-38
• 2.3.6 热压烧结制备BN-SiC复合陶瓷38-41
• 2.4 复合陶瓷的烧结致密性及力学性能检测41-44
• 2.4.1 复合陶瓷的密度41-42
• 2.4.2 复合陶瓷材料抗弯强度测试42-43
• 2.4.3 复合陶瓷材料硬度测试43-44
• 2.5 元素分析与组织结构表征44-46
• 2.5.1 X射线物象分析44
• 2.5.2 扫描电镜(SEM)观察及成分EDS能谱分析44-46
• 第3章材料组织和力学性能的研究46-78
• 3.1 烧结温度与BN-SiC复合陶瓷材料组织和力学性能的关系46-56
• 3.1.1 BN-SiC复合陶瓷材料致密度与烧结温度的关系47-51
• 3.1.2 BN-SiC复合陶瓷材料硬度与烧结温度的关系51-52
• 3.1.3 BN-SiC复合陶瓷材料抗弯强度与烧结温度的关系52-54
• 3.1.4 不同烧结温度下BN-SiC复合陶瓷材料断口SEM观察54-56
• 3.2 保温时间与BN-SiC复合陶瓷材料组织和力学性能的关系56-65
• 3.2.1 BN-SiC复合陶瓷材料致密度与保温时间的关系57-60
• 3.2.2 BN-SiC复合陶瓷材料硬度与保温时间的关系60-62
• 3.2.3 BN-SiC复合陶瓷材料抗弯强度与保温时间的关系62-64
• 3.2.4 不同保温时间下BN-SiC复合陶瓷材料断口SEM观察64-65
• 3.3 SiC含量与BN陶瓷材料组织和力学性能的关系65-78
• 3.3.1 复合陶瓷材料致密程度与SiC含量的关系66-67
• 3.3.2 复合陶瓷材料硬度与SiC含量的关系67-69
• 3.3.3 复合陶瓷材料抗弯强度与SiC含量的关系69-70
• 3.3.4 不同SiC含量BN-SiC复合陶瓷材料微观形貌观察70-78
• 第4章原始粉体制备方式与复合陶瓷性能的关系78-84
• 4.1 原始粉体制备方法与材料致密程度的关系78-79
• 4.2 原始粉体制备方法对材料维氏硬度、抗弯强度的影响79-84
• 第5章结论84-86
• 参考文献86-90
• 在学期间研究成果90-91
• 致谢91-92

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