纸制备SiC/Si层状陶瓷复合材料的微观结构和性能

本文以纸为原料,通过叠层设计、低温碳化和高温渗硅制备了具有层状结构特征的SiC/Si陶瓷复合材料。并采用XRD、SEM和三点弯曲等分析测试手段对其相组成、微观结构和力学性能进行了分析。结果表明:纸碳化后为非晶形的碳;渗硅后试样的相组成为β-SiC相、自由Si相和残C相。叠层纸碳化后的微观结构为含有大量扁长空洞的碳骨架,渗硅后得到的SiC陶瓷复合材料具有明显的层状结构特征。三点弯曲实验表明,SiC/Si陶瓷复合材料的强度高达290MPa,达到了常规反应烧结SiC陶瓷的强度水平;且其断裂方式为非灾难性断裂,分析认为这与材料的层状结构形貌有关。     

SiC组分含量对SiC/Cu复合材料力学性能的影响

采用真空热压法制备了不同配比的SiC/Cu金属陶瓷复合材料.利用阿基米德原理测定了复合材料的密度及气孔率;利用Instron万能材料电子试验机测得其三点弯曲强度;采用Hv-1000显微硬度仪测试其显微硬度,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对烧成样品的物相组成和断口显微形貌进行表征.结果表明:随着SiC组分含量的增加,SiC/Cu复合材料的致密度、抗弯强度均有所下降,而气孔率和显微硬度显著增加.在750 ℃,30 MPa压力作用下,保温3 min,制备得到的30SiC/70Cu(vol%)的复合材料,具有最优的力学性能,其显微硬度达到2087.2 MPa,抗弯强度为174.0 MPa.SiC/Cu复合材料的断裂行为既表现出一定的微观韧性特征,又表现出一定的脆性特征.     

利用硅切割废砂浆制备Si3N4结合SiC耐火材料

以光伏企业线切割硅产生的废砂浆(其w(SiC)=25％,w(Si)=60％)为主要原料,加入不同比例的SiC粉(废砂浆与SiC粉的质量比为65∶35～35∶65),加无水乙醇球磨、干燥、加PVA造粒后,以10 MPa压力(保压1 min)成型为55 mm×5 mm×5 mm的坯体,在1450℃氮气气氛中烧结制备了Si3N4结合SiC耐火材料,然后检测其常温抗折强度、显气孔率、体积密度,并进行XRD分析.结果表明:烧后试样的常温抗折强度较高,最高达50.2 MPa,但致密度较低,显气孔率在31.20％～35.64％之间;烧后试样中只有SiC和Si3N4两相,单质Si已完全氮化生成了Si3N4.     

基于高岭土制备轻量微孔莫来石骨料结构与性能研究

以高岭土细粉和α-Al2O3微粉为主要原料,采用原位分解法制备轻量微孔莫来石骨料,研究了铝硅摩尔比及热处理温度对轻量微孔莫来石骨料结构与性能的影响.结果表明:经过1400～1600℃热处理后,富铝莫来石试样中除主要物相莫来石相外,还残余一定量刚玉相,接近理论莫来石组成试样及富硅试样均仅检测到莫来石相;所制备的轻量骨料孔径分布主要集中于0.1 ～4 μm范围,均具有微孔结构;随着热处理温度的升高,骨料的体积密度上升,显气孔率下降,耐压强度上升;经1500℃热处理后,富铝试样体积密度为2.49 g/cm3、显气孔率为25.6％、耐压强度为146 MPa;接近理论莫来石组成试样及富硅试样体积密度均小于1.95 g/cm3、显气孔率大于38.0％,1000℃时导热系数均小于0.77 W/(m·K).     

添加石墨烯或碳纳米管对Si3N4结合SiC陶瓷强度的影响

以Si3N4结合SiC材料为基础,通过添加不同形态的碳纳米材料来改善其力学性能.采用Si和SiC为主要原料,添加不同含量（1wt％和3wt％）的石墨烯（GPL）和碳纳米管（CNT）,氮气气氛下,在1600℃烧结制备Si3N4结合SiC复合陶瓷材料.对试样的气孔率、体积密度和耐压强度等基本烧结性能进行了测试.借助XRD和SEM等方法对试样的物相组成和显微结构进行了表征.实验结果表明,当石墨烯含量为1wt％时,Si3N4/SiC的耐压强度为207MPa,试样的体积密度及显气孔率较好.当碳纳米管含量为3wt％时,力学性能增强,耐压强度达到了247MPa.     

光伏硅线切割固体废料制备多孔SiC陶瓷

以光伏硅线切割固体废料为主要原料,外加胶体石墨粉和碳化硅粉采用固相烧结法制备SiC多孔陶瓷。研究了烧成制度、石墨的加入量等对SiC多孔陶瓷性能的影响。结果表明:采用炭黑埋烧工艺可得到性能较好的多孔SiC陶瓷。在1400℃时,切割回收废料直接炭黑填埋烧制,试样的体积密度为1.65g/cm3,吸水率为26.92%,显气孔率43.96%;在1600℃时,当配方中加入石墨,使得Si和C的摩尔比为1∶6时,试样的吸水率为15.65%,体积密度为1.84g/cm3,显气孔率为38.25%。     

反应烧结制备碳化硅-氮化铝复合材料

采用硅作为熔渗剂,利用真空反应烧结的工艺,在1600℃烧结制得了结构致密、密度低的碳化硅-氮化铝(SiC/AlN)复合材料,分析测试了所制得的复合材料的物相、微观结构和力学性能.结果表明,氮化铝的添加量由2wt％增加到10wt％时,复合材料的力学性能出现先增加后减小的趋势,当AlN含量为6wt％时,得到复合材料的力学性能最高,其抗弯强度为256 MPa,显微硬度为2660 HV.加入AlN后,复合材料的孔隙率略微有点上升,烧结体的密度在2.95 ～3.01 g/cm3之间.复合材料的主要组成相为SiC、AlN和Si.     

成型方式对反应烧结碳化硼基复合材料性能的影响

本文针对干压成型结合冷等静压成型对反应烧结碳化硼基复合材料样品性能的影响进行研究.考察了成型压力、保压时间、加压方式对压坯密度和强度的影响.结果表明:采用100 MPa干压2 min,再经过150 MPa冷等静压保压1 min,压坯密度由干压压制时最大密度1.86 g/cm3升高到1.96 g/cm3,压坯强度可达到2.0 MPa.保压时间和加压方式对压坯的密度、强度的影响不大.干压结合冷等静压相对于干压成型,在相同的烧结温度下样品性能有明显的提高,烧结后样品密度为2.44 g/cm3,显微硬度为2394 kg/cm2,三点抗弯强度为241 MPa.     

三维针刺C/SiC复合材料的结构特征和力学性能

采用化学气相渗透法制备了在厚度方向上具有纤维增强的三维针刺碳纤维增强碳化硅(C/SiC)陶瓷基复合材料,复合材料的密度和气孔率分别为2.15 h/cm3和16%.三维针刺C/SiC复合材料中的针刺纤维将各层紧密结合在一起,其层间抗剪切强度显著提高,为95MPa,比二维碳布叠层C/SiC复合材料的剪切强度(35MPa)高171.4%.三维针刺C/SiC复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为159MPa和350MPa,断裂模式为非脆性断裂,包括:裂纹扩展、偏转,碳纤维的拉伸断裂和逐步拔出.     

热压烧结工艺制备SiC/B4C复合材料

以Si粉为烧结助剂,采用真空热压烧结工艺制备了SiC/B4C陶瓷基复合材料.研究了Si的加入和烧结压力对复合材料力学性能的影响.借助X射线衍射、扫描电镜分析了复合材料的物相组成和微观结构.研究结果表明:Si与B4C粉料中的游离碳反应,随后固溶到B4C晶体结构中.当Si质量百分含量为8%时,经18.50℃、60 MPa真空热压烧结的复合材料主晶相为B4.C、SiC,相对密度达到99.8%,断裂韧性和弯曲强度分别达到5.04 MPa·m1/2和354 MPa.复合材料力学性能的提高主要是由于烧结体的高致密度以及断裂方式的转变.     

硅液相浸渍反应制备TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷

以滤纸、酚醛树脂和氧化钛为原料,经过模压成型、固化、碳化及不同条件下渗硅制备了TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜研究了TiC/SiC和TiN/SiC复相陶瓷的微观结构和物相组成,测量了复相陶瓷的弯曲强度和断裂韧性。结果表明:真空条件下液态渗硅获得的TiC/SiC复相陶瓷具有多孔的微观结构,其弯曲强度和断裂韧性较小。氮气气氛下液态渗硅制备的TiN/SiC复相陶瓷结构致密,有较高的弯曲强度和断裂韧性。不同反应生成的TiC,TiN陶瓷颗粒对液态硅的润湿性不同,使得生成的复相陶瓷具有不同的微观结构。TiN/SiC复相陶瓷中TiN颗粒的引入,在基体与第二相颗粒间的界面上产生拉应力和压应力,使达到这一区域的裂纹偏转,从而获得增韧效果。     

愈合温度对SiC/Si_3N_4复合材料强度的影响

用压痕法,在SiC/Si3N4复合陶瓷试样表面引入裂纹,对含有裂纹的试样进行愈合处理,来研究温度对材料抗弯强度的影响规律.结果表明,经1300℃保温4h愈合处理后,抗弯强度恢复至647.5MPa,与完好试样的抗弯强度值(685.5MPa)非常接近.     

多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料定型封装及热性能研究

以微米级SiC粉为原料,采用冷冻干燥工艺制备具有连贯层状孔结构的SiC陶瓷。以多孔SiC陶瓷为基体,石蜡为相变芯材,通过真空浸渍法制备多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料,研究了石蜡在层状多孔SiC陶瓷内的浸渗行为及复合材料的储热性能。结果表明,层片状多孔SiC陶瓷的显微形貌对石蜡的浸渗过程及储热性能有明显影响。当石蜡负载量为21.7%(质量分数)时,复合相变材料熔融温度为59.6 ℃,凝固温度为53.9 ℃,相变潜热为28.4 J/g,室温下的热导率为2.4 W·(m·K)^-1。复合相变材料吸热峰和放热峰强度随着石蜡负载量减少而降低,当温度为200 ℃时,多孔SiC陶瓷/石蜡复合相变材料失重为5%(质量分数),表明材料具有良好的热稳定性。复合相变材料在100 ℃热处理30 min后陶瓷基体未发生形变,经100次热循环后具有稳定的相变潜热和良好的定型能力。     

黄杨木制备SiC木质陶瓷的性能与表征

SiC木质陶瓷是近年来应用前景广阔的新型陶瓷材料,以绿色可再生的木材为原材料,通过反应烧结工艺制备出的陶瓷具有优良的高温力学性能。为探究影响生物质陶瓷性能的因素,将黄杨木在800 ℃氮气保护下热解形成生物质炭坯,然后在1 650 ℃和1 900 ℃两种高温下进行熔融渗硅制备SiC木质陶瓷。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究SiC木质陶瓷的物相组成和微观结构,采用阿基米德排水法和三点弯曲法测定陶瓷的开孔率、密度和弯曲强度,再使用维氏硬度计测定SiC木质陶瓷的显微硬度。研究结果表明:在1 650 ℃下通过熔融渗硅可以得到微观结构均匀的SiC木质陶瓷,在1 650 ℃比在1 900 ℃下熔融渗硅制备陶瓷的力学性能更优异,陶瓷的密度更大,为2.27 g/cm³,此时弯曲强度为192.45 MPa;游离Si会提高SiC木质陶瓷的密度,增强陶瓷的弯曲强度。     

气相硅反应性渗入法制备橡木结构SiC陶瓷

橡木经1200℃高温真空碳化转化为碳模板,再用反应性渗入方法在1500～1600℃、Ar气氛下气相渗硅0．5～8h,制成一种具有橡木显微结构的多孔SiC陶瓷。采用XRD和SEM对其物相变化和显微结构进行了表征。结果表明：随反应时间的延长,木炭的转化率增大,弯曲强度显著提高,而气孔率变化不大。在1600℃下反应8h时,木炭几乎完全转变成具有橡木显微结构的β-SiC陶瓷,其弯曲强度和气孔率分别为42．1MPa和46．4％。此外,还对气相Si在木炭中的渗入-反应机理进行了简单介绍。     

SiC复相陶瓷内加热器套管的制备及性能

用SiC粉作内加热器套管基本原料,采用反应烧结及常压烧结工艺制备具有复层结构的SiC复相陶瓷套管。套管内层为高致密SiC/Si复合材料,外层为SiC/C/SiC复相陶瓷。通过实验模拟内加热器服役环境,将套管内置热源在750℃熔融铝液中加热360 h测试其使用性能,研究外部复杂熔液腐蚀环境及内部强氧化气氛对SiC复相陶瓷套管的密度、抗弯强度、物相组成及显微形貌的影响。结果表明：复层结构SiC套管在模拟实验中展现出良好的抗热震及抗熔液浸蚀能力;内层材料由于高致密性具有良好的抗氧化性能;外层材料浸入熔体部分强度损伤小于10%,液面以上部分残余强度达到48MPa。SiC复相陶瓷套管在有色金属熔炼行业展现出良好的应用前景。     

硅锭线切割回收料制备SiC-Si_3N_4陶瓷的研究

以硅锭线切割回收料、普通碳化硅粉及硅粉为主要原料,用反应烧结工艺制备了碳化硅结合氮化硅陶瓷。试验着重要研究了颗粒级配及硅粉含量对SiC-Si3N4陶瓷制品的气孔率、力学强度等的影响。结果表明:当回收料占40%,配以40μm,30%,120μm,30%碳化硅粉为颗粒剂配,同时选择硅粉含量为20%时,反应烧结后,气孔率为18.1%,常温抗弯强度可达43.3MPa,可以满足低压铸铝等方面的要求。     

Synthesis and Properties of MoSi2–MoB–SiC Ceramics

MoB and SiC particulate reinforced MoSi₂ matrix composites were synthesized in situ from Mo, Si, and B₄C powder mixtures by self‐propagating high‐temperature synthesis (SHS). The SHS MoSi₂–MoB–SiC products were vacuum hot‐pressed (HPed) at 1400°C for 90 min to fabricate high‐density (> 97.5% relative density) bulk composites. Microstructure refinement and improvements in the Vickers hardness and fracture toughness of the HPed composites were observed with increasing B₄C content in the reaction mixture. The HPed composite of composition MoSi₂–0.4MoB–0.1SiC exhibited grain size of 1–5 μm, Vickers hardness of 12.5 GPa, bending strength of 537 MPa, and fracture toughness of 3.8 MPa.m^1/2. These excellent mechanical properties indicate that MoB and SiC particulate reinforced MoSi₂ composites could be promising candidates for structural applications.     

SiC–AlN Particulate Composite

A SiC–AlN composite was fabricated by mechanical mixing of SiC and AlN powders, hot pressed under 40 MPa at 1950°C in Ar atmosphere. The object of this attempt was to achieve full density and a little solid solution formation. Fine microstructure and crack deflection behaviour are to improve the mechanical properties of the SiC–AlN composite. The bending strength and fracture toughness were achieved 800 MPa and 7·6 MPa m^1/2 at room temperature, respectively. The fracture toughness of the SiC–AlN composite shows minimal change between room temperature and 1400°C. Post-HIP improves the surface densification of the SiC–AlN composite resulting in an increase of the strength and the ability to resist oxidization. The bending strength of SiC–AlN composite increases from 800 to 1170 MPa after HIP treatment for 1 h under 187 MPa at 1700°C in N₂ atmosphere.