无压烧结SiC陶瓷研究进展

高硬度、高强度、耐腐蚀、耐磨损和高弹性模量等特性使SiC陶瓷成为航空航天、电力电子和机械工业等领域不可或缺的材料。然而SiC陶瓷超高的合成温度和难以烧结致密的特性限制了它的生产。近年来随着SiC陶瓷烧结机理的深入研究及添加剂的多样化,采用无压烧结工艺制备高性能SiC陶瓷材料已逐渐成为最常用的方法。本文主要阐述了近年来无压烧结SiC工艺添加剂的研究进展,综述了添加剂及其用量、烧结温度和时间对无压烧结SiC陶瓷性能的影响。     

烧结温度对反应烧结碳化硅组织与性能的影响

本文研究了1450、1550、1650℃不同烧结温度制备的反应烧结SiC材料的密度、硬度、抗弯强度、显微组织、显微硬度及断裂行为。结果表明:烧结温度对材料密度影响较小。低温反应烧结的SiC晶粒的晶体结构不够完整,存在亚晶界等缺陷,晶粒强度较低,烧结材料的硬度和抗弯强度较低。高温反应烧结的SiC晶粒的晶体结构完整性增加,晶粒强度较高,烧结材料的硬度和抗弯强度较高。因此为了提高反应烧结碳化硅的力学性能,应该适当提高烧结温度或延长烧结时间。     

反应烧结SiC陶瓷的研究进展

反应烧结是SiC陶瓷的一种重要制备工艺.本文分析了传统反应烧结工艺制备SiC陶瓷的不足,介绍了一些新型制备工艺;讨论了其烧结机理.并提出一些相关思考及展望.     

球磨时间对放电等离子烧结合成Ti_3SiC_2纯度的影响

本文采用原料配比为3Ti/Si/2C/0.2Al(摩尔比)的单质混合粉体为原料,进行机械合金化(MA)和随后的放电等离子烧结(SPS),以制备高纯Ti3SiC2陶瓷,研究了球磨时间对放电等离子烧结制备Ti3SiC2的影响。结果表明,机械合金化混合粉体后,粉体颗粒明显细化。球磨10h,单质混合粉体会发生化学反应,生成TiC,Ti3SiC2混合粉体。继续球磨至20h,生成物混合粉体会显著细化。球磨时间对SPS烧结合成Ti3SiC2有显著的影响。球磨10h,即反应刚刚完毕,最有利于SPS合成致密高纯的Ti3SiC2,球磨时间较短(5h),对Ti3SiC2陶瓷的烧结促进作用不显著,而反应后继续延长球磨时间至20h,会降低烧结体中Ti3SiC2的纯度。采用球磨10h的粉体为原料,经850℃放电等离子烧结可获得纯度高达96%(质量分数,下同)的Ti3SiC2疏松块体,烧结温度提高到1100℃,可获得纯度为99.3%、相对密度高达98.9%的TiSiC致密块体。     

常压烧结SiC超光滑抛光性能研究

采用常压烧结的方法制备了反射镜用SiC陶瓷材料。研究了金刚石、氧化铬(Cr_2O_3)和二氧化硅(SiO_2)_3种磨料对常压烧结SiC陶瓷抛光性能的影响。结果表明,常压烧结SiC的各项物理性能满足反射镜基底材料的基本要求;金刚石磨料与常压烧结SiC陶瓷的硬度差最小,且超顺滑抛光过程中金刚石磨粒形状在SiC陶瓷表面产生的位错、空位等缺陷最少,因此采用金刚石磨料时,常压烧结SiC陶瓷的表面质量最好,其表面粗糙度值(RMS)为0.789 nm,面形精度为0.007λ(λ=0.632 8μm),满足反射镜的使用要求。     

微波烧结金属粉末材料研究进展

微波烧结是一项新型材料制备技术,具有整体加热、低温快烧、节能、安全无污染等许多优点,在粉末冶金领域中具有广阔的发展前景。为此简要回顾了微波烧结技术的起源和发展,对微波烧结金属粉末材料的原理、特点、研究和应用进展以及发展前景等方面进行了总结和论述。     

纳米SiC增强纯Al基复合材料的微观组织和力学性能

与采用微米尺度SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料相比,以纳米SiC颗粒为增强相制备的Al基复合材料具有更加优异的力学性能,可极大提高SiC增强Al基复合材料的服役可靠性及应用范围。采用传统粉末冶金方法制备纳米SiC颗粒增强纯Al基复合材料,研究烧结温度和增强相体积分数对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究表明,烧结温度和增强相体积分数均对复合材料的微观结构和力学性能有重要影响。随烧结温度升高,复合材料中的残留微孔减少,密度和强度均得到显著提高。含体积分数为3%纳米SiC颗粒的复合材料在610℃具有最高的强度,进一步提高纳米SiC颗粒的含量并不能提高材料的力学性能,这主要是由于当纳米SiC颗粒的体积分数超过3%时将出现明显的团聚,从而降低强化效应。     

一种高性能烧结摩擦材料摩擦剂的选择

研究了SiO_2,SiC,B_4C对金属基烧结摩擦材料物理机械性能,特别是摩擦磨损性能的影响。结果表明,同时添加SiO_2,SiC,B_4C作摩擦剂的材料比单独添加SiO_2或SiC,或同时添加SiO_2和SiC的材料综合性能优良。     

放电等离子烧结溶解法制备SiC/Al复合泡沫 材料及其压缩性能

以纯铝为基体,NaCl作为造孔剂,粒径为20μm的SiC颗粒为增强相,采用放电等离子烧结溶解法制备SiC/Al复合泡沫。用SEM、EDS对其微观形貌进行表征,并对该复合泡沫材料进行压缩实验,研究其室温下的压缩性能.结果表明:在真空状态下,采用烧结温度550℃,外加压力30 MPa,保温时间10min,能够制备出致密度在97. 6%,性能优异的SiC/Al复合泡沫材料.与纯泡沫铝相比,SiC/Al复合泡沫的强度高,当SiC的添加量(质量分数)为10%时,SiC/Al复合泡沫的强度为58 MPa,增长幅度为82. 76%.     

醇–水混合溶剂凝胶注模制备SiC多孔陶瓷的工艺与性能

将SiC陶瓷粉末、醇-水混合溶剂、丙烯酰胺-亚甲基双丙烯酰胺凝胶体系以及堇青石-锂辉石复合烧结助剂配制成料浆,采用凝胶注模成型–烧结工艺制备SiC多孔陶瓷,研究烧结助剂用量和烧结温度对多孔SiC陶瓷的形貌与显微结构、物相组成以及强度、孔径、开孔率与渗透率等性能的影响。结果表明:温度高于1 300℃时,复合烧结助剂熔融形成固溶体,从而实现SiC多孔陶瓷的低温烧结;随烧结助剂用量增加或烧结温度升高,SiC多孔陶瓷的开孔率和气体渗透速率均下降。在料浆中SiC陶瓷粉体体积分数为20%、烧结助剂质量分数为10%、醇水体积比为7:3、锂辉石与堇青石质量比为2:1的条件下,于1 370℃烧结后得到的SiC多孔陶瓷,孔隙率高、孔径分布集中(4~15μm),孔形貌呈均匀的三维无规则贯通结构,抗弯强度为8.5 MPa,开孔率达到67.9%,透气率为280.5 m~3/(m~2·Pa·h)。     

反应烧结制备TiC-Ti3SiC2梯度材料

采用Ti、Si、TiC粉末为原料,通过放电等离子反应烧结制备TiC-Ti<,3>SiC<,2>梯度功能材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,分析梯度材料的相组成和微观结构特征.结果表明,采用放电等离子烧结,升温速度为100℃/min时,在1 350℃保温15min、加压40MPa...     

助烧体系对注射成形碳化硼陶瓷烧结性能的影响

采用粉末注射成形技术制备碳化硼陶瓷微结构零件,用SiC-Al2O3-Y2O3和SiC-ZrO2两种助烧体系进行烧结。分析助烧体系(SiC-Al2O3-Y2O3和SiC-ZrO2)对零件的致密度、相组成、微观组织和断裂机制的影响。结果表明:添加助烧剂可有效提高碳化硼制品的烧结性能。采用SiC-Al2O3-Y2O3助烧体系烧结的零件由B4C、SiC、B2YC2和YAG等4种相组成,随烧结温度升高,其致密度先增加后减小,在1 950℃烧结时达到最大值,为97.1%。而采用SiC-ZrO2助烧体系时致密度随烧结温度升高而增加,在2 240℃达到最大值,为95.1%,相组成为B4C、SiC和ZrB2相。零件的断裂形式都以穿晶断裂为主,含有一定的沿晶断裂。     

烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响

采用硼、碳助剂无压烧结制备碳化硅陶瓷。针对烧结温度与碳化硅烧结体密度、抗弯强度以及硬度之间的关系进行了试验研究,并对不同温度下制备的烧结体进行了显微结构形貌观察和XRD图谱分析。结果表明,烧结温度在2190～2220℃范围内可以制备密度高、力学性能好的碳化硅陶瓷。其相对密度超过96%;抗弯强度接近400MPa;维氏硬度23GPa以上。在试验温度范围内,密度与抗弯强度之间的关系近似为线性关系,密度越高抗弯强度和硬度性能越好。     

放电等离子烧结Ti/(1-x)Ti_3SiC_2+xSiC层状材料的显微结构

以钛粉,硅粉和石墨粉为原料,采用放电等离子烧结技术制备密度为4.14 g/cm3的Ti3SiC2和密度为4.03 g/cm3的0.8 Ti3SiC2+0.2 SiC复合材料,并以此为基础制备Ti/Ti3SiC2/0.8Ti3SiC2+0.2SiC层状材料。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析材料的显微结构与相组成。结果表明:该层状材料的界面结合紧密,没有明显的孔洞、裂纹等缺陷,各层的相组成符合设计要求。经800℃热处理40 h后Ti/Ti3SiC2界面处生成稳定的TiC层,在高温下该层状材料的界面基本稳定。     

Fabrication,microstructures and properties of 50 vol.-% SiCp/6061Al composites via a pressureless sintering technique

Commercial F500 SiC powder and 6061 Al powder were chosen to fabricate the 50?vol.-% SiCp/6061Al composites via pressureless sintering. Effects of pre-treatment of the SiC powder and sintering temperature on the microstructures and properties of the composites were studied. Densification mechanism and interfacial reaction of the composites were also investigated. The results show that the composites have a high sintering ability and a low interfacial reaction activity. The density, bending strength and thermal conductivity of the composites are all sensitive to the sintering temperature. The composites sintered at 680°C are nearly fully dense and have the following optimal properties: the relative density of 98.5%, the bending strength of 495?MPa, the TC of 153?W/(m?K) and the coefficient of thermal expansion of 8.1?×?10^?6/°C (50–100°C), which are superior to most of the SiCp/Al composites of the similar composition reported previously.     

Wettability of silicon carbide ceramic by Al2O3/Dy2O3 and Al2O3/Yb2O3 systems

Wettability is an important phenomenon in the liquid phase sintering of silicon carbide (SiC) ceramics. This work involved a study of the wetting of SiC ceramics by two oxide systems, Al₂O₃ /Dy₂O₃ and Al₂O₃ /Yb₂O₃, which have so far not been studied for application in the sintering of SiC ceramics. Five mixtures of each system were prepared, with different compositions close to their respective eutectic ones. Samples of the mixtures were pressed into cylindrical specimens, which were placed on a SiC plate and subjected to temperatures above their melting points using a graphite resistance furnace. The behavior of the melted mixtures on the SiC plate was observed by means of an imaging system using a CCD camera and the sessile drop method was employed to determine the contact angle, the parameter that measures the degree of wettability. The results of variation in the contact angle as a function of temperature were plotted in graphic form which showed that the curves displayed a fast decline and good spreading. All the samples of the two systems presented final contact angles of 40° to 10° indicating their good wetting on SiC in the argon atmosphere. The melted/solidified area and interface between SiC and melted/solidified phase were evaluated by scanning electron microscopy (SEM) and their crystalline phases were identified by X-ray diffraction (DRX). The DRX analysis showed that Al₂O₃ and RE₂O₃ reacted and formed the Dy₃Al₅O₁₂ (DyAg) and Yb₃Al₅O₁₂ (YbAg) phases. The results indicated that the two systems had a promising potential as additives for the sintering of SiC ceramics.