碳化硅泡沫陶瓷浆料成分与烧结性能

将用于制备碳化硅泡沫陶瓷的浆料烘干、制粉、干压、烧结,从而探讨浆料的成分与 烧结性能的关系.样品的抗弯强度与烧结助剂的含量之间存在最佳搭配关系,烧结对强度的贡 献主要来自于新相莫来石的生成和玻璃相对碳化硅颗粒的包覆、连接作用.同种成分的样品开 气孔率随着烧结温度的升高表现出单调下降的趋势,而抗弯强度与开气孔率的变化并没有表现 出完全相反趋势;不同成分样品的耐火度均保持在1730℃没有变化.采用最佳配方的浆料和 最佳烧结温度制备的碳化硅泡沫陶瓷抗弯强度可达到0.72MPa.     

空心玻璃微珠造孔制备多孔莫来石陶瓷及其性能EI北大核心

以煤矸石和铝矾土为原料,空心玻璃微珠为造孔剂,采用压制成型烧结制备多孔莫来石陶瓷。研究空心玻璃微珠添加量和烧结温度对物相组成、显微结构、抗弯强度和耐酸碱腐蚀性能的影响。结果表明:提高空心玻璃微珠添加量可以增大多孔陶瓷气孔率;空心玻璃微珠的添加可以促进莫来石相的形成,降低烧结温度。在一定温度范围内提高烧结温度可以增大气孔率,但烧结温度超过1350℃后气孔率开始下降。保持Al_(2)O_(3)∶SiO_(2)摩尔比为3∶2,调整空心玻璃微珠添加量至1.68%(质量分数),在1350℃保温2 h烧结条件下可获得气孔率为33.23%、抗弯强度为56.41 MPa的多孔莫来石陶瓷,其耐酸碱腐蚀性能良好。     

以硅藻土为硅源制备SiC/堇青石复合多孔陶瓷的性能研究

以硅藻土为主要硅源,同时配合SiC、Al_2O_3、滑石粉末为主要原料,通过反应烧结技术制备SiC/堇青石复相多孔陶瓷,研究了不同原料配比对SiC/堇青石复相多孔陶瓷的相组成、显微结构、抗弯强度、气孔率的影响,同时在得出最优配比组的基础上,研究石墨造孔剂的含量、碳化硅颗粒粒径、孔径分布等因素对SiC/堇青石复相多孔陶瓷的影响。结果表明:当SiC与其余物料理论质量比为8∶2时,在1250℃下保温3h制备的样品综合性能最佳,其气孔率为37.721%,抗弯强度达到49.1887 MPa。     

不同铝源制备莫来石结合碳化硅多孔陶瓷及性能研究

以碳化硅(SiC)和不同铝源(多孔Al2O3/纳米Al2O3/Al(OH)3)为起始原料,通过原位反应结合工艺制备莫来石结合碳化硅多孔陶瓷。主要研究了不同铝源及温度对多孔陶瓷抗弯强度、气孔率、线性伸缩率等性能的影响,并采用XRD和SEM分析表征了样品的物相组成与断面形貌。结果表明:以多孔Al2O3为铝源,在1450℃下保温3h制备的碳化硅多孔陶瓷的综合性能最优,其强度为58 MPa,气孔率为41.9%;烧结温度对3种铝源所制备的多孔陶瓷具有相同的影响,随着温度的升高,强度逐渐升高,气孔率逐渐降低,线性收缩率逐渐增大。     

凝胶注模法制备多孔碳化硅支撑体

以大颗粒碳化硅(SiC)为陶瓷骨料,采用凝胶注模法制备支撑体生坯,原位反应烧结制备大孔径、高渗透性的多孔SiC陶瓷支撑体,主要考察了有机单体含量和烧结制度对高温气固分离用陶瓷膜支撑体性能的影响.研究结果表明:适宜的有机单体含量有助于SiC颗粒稳定分散在悬浮液中,提高烧结温度和延长保温时间均可增加SiC颗粒的氧化程度,在1 550℃时,XRD图谱显示莫来石相生成,支撑体的抗弯强度有一定程度的提高.采用凝胶注模法制备的生坯在1 550℃,保温4h烧结后具有良好的性能:抗弯强度为20.4 MPa,孔隙率为37%,平均孔径为23μm,气体渗透率为2.01×10-12 m2.     

多孔碳化硅材料的制备及其催化性能

以糊精作为造孔剂及粘结剂,制备出了多孔碳化硅陶瓷。通过调节添加剂的含量,得到空隙率27％～70％的多孔陶瓷体,孔径呈现出明显的双峰分布。应用XRD和SEM手段对多孔陶瓷的形貌以及结构的分析表明,不同的烧结气氛对材料有着很大的影响。比较了有氧气气氛和在真空条件下烧结的多孔碳化硅材料性能,气孔率从60％明显下降到28％,材料强度从24MPa上升到90MPa。对材料的催化性能表征显示,用多孔碳化硅作为碳改性的氧碳化钼(MoC₃-C)催化剂载体,具有较高的选择性,达到70％,但活性仅20％,其原因尚需进一步研究。     

多孔蓄热材料基体的制备与性能研究

莫来石纤维多孔陶瓷以其高气孔率、优良的力学性能可作为复合蓄热材料的基体.讨论了不同浓度的偏磷酸铝粘结剂在不同处理温度下对多孔陶瓷孔隙率、容重及抗压强度的影响.结果表明,随粘结剂浓度的增大,抗压强度也提高,同时伴随着显气孔率的降低.粘结剂浓度为25%、处理温度为650℃时.可制备出显气孔率为83.93%、抗压强度为2.02MPa、显微结构均匀的莫来石多孔陶瓷基体.     

基于激光选区烧结的煤系高岭土多孔陶瓷的制备及其性能

以煤系高岭土为原料,采用激光选区烧结(SLS)技术制造复杂结构的多孔陶瓷,研究SLS工艺参数和烧结温度对煤系高岭土多孔陶瓷性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征煤系高岭土多孔陶瓷的物相组成和显微形貌。结果表明:煤系高岭土/环氧树脂E12复合粉末SLS成型效果良好;当激光功率为5W,扫描速率为2000mm/s,扫描间距为0.13mm,单层层厚为0.15mm时,陶瓷素坯可获得最佳的成型质量,其尺寸误差(Z方向),相对密度和抗弯强度分别为10.43%,37.89%和0.984MPa。随着烧结温度的升高,煤系高岭土多孔陶瓷的收缩率和抗弯强度逐渐增大,而显气孔率则逐渐减小;当烧结温度为1450℃时,煤系高岭土多孔陶瓷具有较高的显气孔率和抗弯强度,分别为44.55%和6.1MPa。煤系高岭土多孔陶瓷的主晶相为莫来石,具有典型的三维网络骨架结构。     

喷雾干燥法金刚石-陶瓷结合剂复合烧结体的制备及表征

以金刚石和无机溶胶为原料,采用喷雾干燥法制备金刚石-陶瓷结合剂复合粉体,将粉体压制、烧结,获得金刚石-陶瓷结合剂烧结体。采用扫描电镜和激光粒度分析仪对复合粉体的形貌和粒径分布进行表征,借助综合热分析仪选取复合体的烧结温度,利用抗折试验机、扫描电镜和X射线衍射分别对喷雾干燥法和熔融法所制烧结试样的抗弯强度、断面形貌及物相进行分析。结果表明:经喷雾干燥的复合粉体为球形,易于成型,且复合粉体尺寸分布范围较宽,利于提高坯体致密度;选取金刚石-陶瓷结合剂复合体的烧结温度为820℃,在此温度下结合剂可实现对金刚石的黏结和包裹;烧结后,随陶瓷结合剂含量增加,两种工艺所制试样的抗弯强度均有提高,气孔率都相应降低;当结合剂含量为32%(质量分数)时,喷雾干燥法所制烧结试样的微观结构均匀,易析晶,抗弯强度和气孔率分别为99.46MPa和38.55%;熔融法所制试样的抗弯强度和气孔率分别为72.42MPa和39.89%。     

稀土氧化物对氧化反应结合碳化硅陶瓷性能的影响

利用氧化反应结合工艺,从物相组成、氧化行为、致密化、力学性能和显微结构几个方面研究了将稀土氧化物(Y2O3、La2O3和CeO2)添加到SiC和Al2O3混合物中对SiC陶瓷的影响.结果表明,稀土氧化物的添加有利于氧化反应结合SiC陶瓷中莫来石相生成,使莫来石化温度下降了大约100℃;同时,稀土氧化物的添加不仅降低了反应结合SiC陶瓷的气孔率,还使其力学性能明显得到提高;在1300℃、保温2h烧结,4.5%-CeO2(质量分数)掺杂样品的气孔率下降到5%,抗弯强度达到150MPa.     

Low-temperature processing of porous SiC ceramics

Porous silicon carbide ceramics were fabricated from SiC, polysiloxane, and polymer microbead (as a pore former) at a temperature as low as 800 °C by a simple pressing and heat-treatment process. The effects of polysiloxane and template contents on the porosity and strength of the ceramics were investigated. During heat treatment, the polysiloxane transformed to an amorphous SiOC phase, which acted as the bonding material between SiC particles, and the polymer microbeads decomposed into gases and left pores. The porosity of porous SiC ceramics could be controlled within a range of 26–56 % with the present set of processing variables. The porous SiC ceramics showed a maximal porosity of 56 % when 10 μm SiC particles and 16 % polysiloxane were used with 20 % polymer microbeads. Flexural strength generally increased with increasing polysiloxane content and decreased with increasing polymer microbead content. Typical flexural strength of the porous SiC ceramics was 53 MPa at 42 % porosity.     

含前驱体SiC粉体低压成型低温烧结SiC多孔陶瓷

采用聚碳硅烷和SiC粉体为原料低压成型低温烧结制备SiC多孔陶瓷,研究了聚碳硅烷含量对SiC多孔陶瓷性能的影响。SEM分析表明,聚碳硅烷裂解产物将SiC颗粒粘结起来,多孔陶瓷具有相互连通的开孔结构。烧成SiC多孔陶瓷的孔隙孔径为单峰分布、分布窄,室温至800℃之间多孔陶瓷的平均热膨胀系数为4.2×10-6 K-1。随着聚碳硅烷含量的增大,SiC多孔陶瓷的孔隙率降低、三点弯折强度增大,当聚碳硅烷质量分数为10%时分别为44.3%和31.7MPa。     

碳化硅网眼多孔陶瓷的制备

本工作采用有机泡沫浸渍工艺制备了具有相互贯通气孔的碳化硅网眼多孔陶瓷．通过选择合适的流变剂获得了对海绵具有良好涂覆性能的浆料．探讨了粘结剂对网眼多孔陶瓷性能的影响,结果表明：硅溶胶是一种比较理想的粘结剂．ＸＲＤ、ＳＥＭ研究了烧结制品的晶相组成及显微结构,同时还对烧结制品的孔筋密度、气孔率、力学性能等进行了表征．本工作在１４５０℃下保温１ｈ获得了气孔率为７５％～８５％、抗弯强度达２．５ＭＰａ以上的碳化硅网眼多孔陶瓷,其主要晶相由α－ＳｉＣ、α－Ａｌ_２Ｏ_３、方石英和莫来石组成．     

Mechanical and microstructural properties of cordierite-bonded porous SiC ceramics processed by infiltration technique using various pore formers

Cordierite-bonded porous SiC ceramics were prepared by air sintering of cordierite sol infiltrated porous powder compacts of SiC with graphite and polymer microbeads as pore-forming agents. The effect of sintering temperature, type of pore former and its morphology on microstructure, mechanical strength, phase composition, porosity and pore size distribution pattern of porous SiC ceramics were investigated. Depending on type and size of pore former, the average pore diameter, porosities and flexural strength of the final ceramics sintered at 1400 °C varied in the range of ~ 7.6 to 10.1 µm, 34–49 vol% and 34–15 MPa, respectively. The strength–porosity relationship was explained by the minimum solid area (MSA) model. After mechanical stress was applied to the porous SiC ceramics, microstructures of fracture surface appeared without affecting dense struts of thickness ~ 2 to 10 µm showing restriction in crack propagation through interfacial zone of SiC particles. The effect of corrosion on oxide bond phases was investigated in strong acid and basic salt medium at 90 °C. The residual mechanical strength, SEM micrographs and EDX analyses were conducted on the corroded samples and explained the corrosion mechanisms.     

低黏结剂含量SiC素坯的选区激光烧结

Al/SiC是SiC基复合材料, 具有优异的力学性能和热学性能, 在大功率电子器件、5G基站关键冷却组件、电动汽车、高速刹车片、空间探测器操作装置等相关领域具有不可替代的作用。传统制备工艺的局限性使得近净成形的无压浸渗法成为制备Al/SiC复合材料的一种较好的方法。得到高质量的碳化硅(SiC)陶瓷素坯是熔渗技术的先决条件, 选区激光烧结技术是获得高质量陶瓷素坯的一种新方法。该方法具有快速、高效的优点, 无需模具即可成型制备大规模、复杂形状部件。本研究以热塑性酚醛树脂为黏结剂, 利用机械混合与喷雾造粒的方法制备了复合粉体, 采用选区激光烧结技术制备SiC素坯, 制备了黏结剂体积分数低至15%的样品, 并对其力学性能和微观结构进行表征。当树脂含量增大到体积分数25%时, SiC坯体的强度增量为702.1%。对于喷雾造粒粉体制备的样品而言, 喷雾干粉的多孔结构使得SiC生坯的孔隙率较高(71.18%), 导致生坯强度下降。     

陶瓷/树脂/纤维超混杂复合材料的界面控制

以具有不同表面状态的泡沫SiC陶瓷为基本骨架,以改性酚醛树脂为基体,加入短切高硅氧玻璃纤维制备了陶瓷/纤维/树脂超混杂复合材料,研究了界面控制对超混杂复合材料界面粘结强度的影响.结果表明,对于泡沫SiC陶瓷骨架,在表面生长多孔过渡层或表面堆积SiC颗粒等方法可提高树脂陶瓷之间界面的粘结强度.通过良好的界面控制,可显著提高复合材料的弯曲强度和弯曲模量,模量的提高比强度的提高幅度更大.偶联剂处理使高硅氧纤维与树脂基体的粘结强度增加,从而提高复合材料的弯曲强度.     

Oxidation bonding of porous silicon carbide ceramics

A oxidation-bonding technique was successfully developed to fabricate porous SiC ceramics using the powder mixtures of SiC, Al₂O₃ and C. The oxidation-bonding behavior, mechanical strength, open porosity and pore-size distribution were investigated as a function of Al₂O₃ content as well as graphite particle size and volume fraction. The pore size and porosity were observed to be strongly dependent on graphite particle size and volume fraction. In contrast, the degree of SiC oxidation was not significantly affected by graphite particle size and volume fraction. In addition, it was found that the fracture strength of oxidation-bonded SiC ceramics at a given porosity decreases with the pore size but increases with the neck size. Due to the enhancement of neck growth by the additions of Al₂O₃, a high strength of 39.6 MPa was achieved at a porosity of 36.4%. Moreover, such a porous ceramic exhibited an excellent oxidation resistance and a high Weibull modulus.     

采用定向SiC纳米线烧结制备高强多孔SiC陶瓷

利用直接墨水打印方法制备了由定向SiC纳米线交错叠层组成的具备网络状孔隙结构的高强SiC多孔陶瓷。制备的碳化硅多孔陶瓷具有高的通孔结构和完全由定向SiC纳米线组装而成的结构特征。研究了烧结温度对定向SiC纳米线多孔陶瓷的微观结构、相组成演变及力学性能的影响。研究结果表明: 烧结温度低于1900 ℃时, SiC纳米线能保持高长径比; 1850 ℃烧结制备的定向SiCNWs多孔陶瓷的密度、气孔率和中位孔径分别为1.49 g/cm³、54.6%和~1 μm。得益于SiC纳米线的高强度以及取向排布, SiC纳米线多孔陶瓷的压缩强度高达(245.5±0.7) MPa。     

低介电常数多孔氮化硅陶瓷的制备

采用凝胶注模成型工艺,以SiO2含量大于等于95%的空芯玻璃微珠作造孔剂,通过控制造孔剂的加入量和调节造孔剂的孔径成功制备出低介电常数、高强度的多孔Si3N4陶瓷。结果表明,随着造孔剂含量的增加,试样气孔率增大,弯曲强度降低,ε和tanδ都相应降低,ε最低为1.77;在造孔剂加入量为10%时,随着造孔剂的孔径尺寸变大,试样的孔径变大,弯曲强度降低,试样的ε和tanδ也相应降低。当造孔剂含量为10%、孔径尺寸为80μm时制备的多孔氮化硅陶瓷ε为2.13,弯曲强度达到38MPa,适合作为宽频带天线罩的夹层材料。     

包覆成孔剂法制备高性能多孔氮化硅陶瓷工艺

为了制备高强度且分布均匀的氮化硅陶瓷,采用包覆成孔剂法改进普通添加成孔剂的方法,常压烧结氮化硅多孔陶瓷,采用阿基米德法、三点弯曲法分别测试材料的孔隙率及抗弯强度,用扫描电镜和光学放大镜对氮化硅多孔陶瓷显微结构和表观结构进行研究.结果表明,添加包覆过的成孔剂强度比添加未包覆的成孔剂强度高,孔隙率为50%时,强度增加近一倍.强度的提高归因于特殊的微观结构,即气孔的均匀分布和孔与孔之间相间隔分布.