高强度碳化硅泡沫陶瓷的制备及其抗压强度研究

选用Al2O3、Y2O3作为烧结助剂,通过有机模板复制法及多次浸渍涂覆工艺制备出高强度碳化硅泡沫陶瓷材料。系统地研究了原料组成、烧结温度等工艺参数对制得的碳化硅泡沫陶瓷物相组成、宏观结构、微观结构的影响,同时对陶瓷的气孔率、力学性能等进行了测试。结果表明:通过选取不同PPI值的有机泡沫模板,泡沫陶瓷宏观孔径可控;随着涂覆次数的增加,陶瓷体孔径减小、孔棱直径增加;随着烧结温度的提高,孔棱致密度增加,抗压强度显著提高;在1700℃下获得了20PPI值,气孔率为77%,抗压强度达2.48MPa的碳化硅泡沫陶瓷。     

基于包混和复合添加工艺的多孔碳化硅陶瓷的制备和性能

采用包混工艺合成核-壳结构的硅-树脂先驱体粉体,引入Al2O3-SiO2-Y2O3复合添加剂,通过成型、炭化和烧结工艺制备多孔碳化硅陶瓷。分析多孔碳化硅陶瓷样品的物相、形貌、孔隙率、热导率、热膨胀系数和抗热震性能。结果表明：复合添加能够在较低的温度下制得多孔碳化硅陶瓷;陶瓷样品的晶粒较小,明显增强了多孔碳化硅陶瓷的导热性能;复合添加提高了碳化硅陶瓷的抗热震性能,添加Al2O3-SiO2-Y2O3并且在1650℃下烧结制备的多孔碳化硅陶瓷经过30次热震后的抗弯强度损失率为6.5%;陶瓷样品的孔壁更加光滑,孔分布更均匀;复合添加对多孔碳化硅陶瓷热膨胀系数的影响较小。     

采用聚硅氮烷制备SiCN泡沫陶瓷

采用含乙烯基聚硅氮烷为原料，利用先驱体转化法与有机泡沫浸渍法相结合制备SiCN泡沫陶瓷。通过聚氨酯泡沫及聚硅氮烷的热分析制定温度曲线，研究了裂解温度、浸渍／裂解增强处理次数等工艺参数对泡沫陶瓷抗压强度的影响，采用XRD、SEM及EDS对SiCN泡沫陶瓷进行了物相、微观结构及成分分析。结果表明，在1000～1400℃温度范围内，随着温度的升高，泡沫陶瓷的抗压强度先升高后降低，增强处理对提高抗压强度有明显效果，当裂解温度为1300℃，经二次增强处理后，试样的抗压强度达11．5MPa。XRD研究表明，随着温度的逐步升高，聚硅氮烷的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变。微观结构分析显示，SiCN泡沫陶瓷呈三维网状结构，具有良好的贯通性，开孔气孔率达到85％。     

纳米SiC填料对SiOC泡沫陶瓷性能的影响

以聚硅氧烷为先驱体,采用先驱体转化法及有机泡沫浸渍法相结合制备了SiOC泡沫陶瓷。研究了纳米SiC填料含量对SiOC泡沫陶瓷的抗压强度、孔隙率的影响,并对泡沫陶瓷的微观形貌进行了分析。结果表明：随着纳米SiC填料含量的增加,Si0C泡沫陶瓷抗压强度先升高后降低;在相同的裂解温度下,添加纳米SiC填料可提高泡沫陶瓷的孔隙率。当SiC填料含量达5％时泡沫陶瓷抗压强度达最大值17．8MPa,其孔隙率为88％。微观结构分析显示,SiOC泡沫陶瓷呈三维网状结构,孔径为100～500μm,具有良好的贯通性,且孔筋处结构较为均匀致密。     

以PVB为造孔剂采用硅树脂制备泡沫陶瓷

采用硅树脂为先驱体,利用先驱体转化法与添加造孔剂法相结合制备SiOC泡沫陶瓷.通过对造孔剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和硅树脂的热分析制定温度曲线,研究了裂解温度、造孔剂含量对泡沫陶瓷抗压强度及孔隙率的影响,采用XRD、SEM及EDS对SiOC泡沫陶瓷进行了物相、微观结构和成分分析.结果表明,在1000～1400 ℃温度范围内,随着温度的升高,泡沫陶瓷的抗压强度先升高后降低,而孔隙率逐渐降低;造孔剂含量对泡沫陶瓷的性能也有明显的影响,随着造孔剂含量的增加,试样的抗压强度逐渐减小,而孔隙率逐渐增大.当裂解温度为1250 ℃,PVB的含量为50%(质量分数,下同)时,所制得的泡沫陶瓷的抗压强度为52.3 MPa,孔隙率为72%.XRD研究表明,随着温度的逐步升高,硅树脂的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变.微观结构分析显示,SiOC泡沫陶瓷呈三维网状结构,微孔分布较均匀.     

采用SiC/Si_3N_4陶瓷先驱体连接反应烧结SiC

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体聚硅氮烷连接反应烧结碳化硅陶瓷,研究了连接温度、连接压力、浸渍/裂解增强处理对连接强度的影响。结果表明:在1100℃~1400℃温度范围内,连接强度先升高后降低;连接过程中施加适当的轴向压力可提高连接层致密度;浸渍/裂解增强处理可大幅度提高接头强度。当连接温度为1300℃,连接压力为15kPa,经3次增强处理的连接件抗弯强度达最大值169.1MPa。这种连接件的断口表面粘有大量SiC母材。由XRD研究表明,随着温度的逐步升高,聚硅氮烷的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变。微观结构及成分分析显示:连接层为厚度2μm~3μm的SiCN无定形陶瓷,其结构较为均匀致密;连接层与基体间界面接合良好。     

制备多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料研究

以带有SiC涂层(厚度～lμm)的C纤维预制体作为骨架,液相浸渍Sol-Gel法制备的高固相含量ZrO2先驱体,溶胶-原位烧结制备多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料.ZrO2先驱体溶胶稳定性取决于pH值和稀释NH3-H2O的浓度.pH=3时先驱体溶胶固相含量为50%.XRD及SEM结果表明:不同烧结温度和烧结气氛条件下,多孔Cf/ZrO2陶瓷基复合材料的成分物相和表面形貌有明显差别.Ar气氛低温烧结可以有效防止C纤维氧化和副反应发生,断裂过程中有纤维拔出的痕迹.1100℃烧结制备Cf/ZrO2陶瓷基复合材料力学性能最好,显气孔率为54%时弯曲强度接近13 MPa.     

碳化硅泡沫陶瓷过滤板的研制

以碳化硅、氧化铝、钾长石为主要原料,高岭土、膨润土为辅助原料,加入少量自研的粘结剂,采用有机前驱体浸渍法,经1440℃烧成制备了具有气孔率高、容重小、水通量大、抗压强度高的碳化硅质泡沫陶瓷板.研究了原料的质量比、浆料浓度、粘结剂和烧成温度等对碳化硅质泡沫陶瓷板工艺性能的影响.     

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体连接反应烧结SiC

采用SiC/Si3N4陶瓷先驱体聚硅氮烷连接反应烧结碳化硅陶瓷,研究了连接温度、连接压力、浸渍/裂解增强处理对连接强度的影响.结果表明：在1100℃～1400℃温度范围内,连接强度先升高后降低;连接过程中施加适当的轴向压力可提高连接层致密度;浸渍/裂解增强处理可大幅度提高接头强度.当连接温度为1300℃,连接压力为15kPa，经3次增强处理的连接件抗弯强度达最大值169．1MPa。这种连接件的断口表面粘有大量SiC母材。由XRD研究表明，随着温度的逐步升高，聚硅氮烷的裂解产物发生了由非晶态向晶态的转变。微观结构及成分分析显示：连接层为厚度2μm-3μm的SiCN无定形陶瓷，其结构较为均匀致密；连接层与基体间界面接合良好。     

聚碳硅烷高温裂解原位生成SiC涂层研究

以氯铂酸为催化剂,二甲苯为助溶剂,聚碳硅烷(PCS)和二乙烯基苯(DVB)为基体,制备碳化硅先驱体浆体,采用浸渍-干燥-交联-高温裂解的方法原位制备碳化硅致密涂层,碳化硅涂层直接生长在碳化硅基体上,可实现碳化硅涂层与碳化硅基体的无差别结合。利用SEM、EDS对涂层进行表征。结果表明:可以利用碳化硅先驱体高温裂解原位生成SiC类涂层,经过浸渍4次处理后,试样的平均吸水率可由6.90%降低到1.69%。     

Effects of SiC and MgO on alumina-based ceramic foams filters

Alumina-based foam ceramic filters were fabricated by using alumina, SiC, magnesia powder as major materials. It has been found that this ceramic filter has a uniform macrostructure for filtering molten metals. The influences of SiC and magnesia content, the sintering temperatures on ceramic properties were discussed. Aluminabased foam ceramic filters containing 2.2 mass% magnesia and 7.6 mass% SiC has a compressive strength of 1.36 MPa and a thermal shock resistance of 5 times. Its main phases after 1 hour sintering at 1 500℃ consist of alumina,silicon carbide, spinel and mullite.     

SiC泡沫陶瓷增强ZL205A铝合金复合材料的制备与性能研究

本实验通过挤压浸渗工艺成功制备了SiC泡沫陶瓷增强ZL205A铝合金复合材料,并研究了不同孔隙率的泡沫陶瓷增强相对复合材料性能的影响。通过微观结构分析,制备的复合材料两相间结合紧密,没有裂纹及其他缺陷产生。多孔陶瓷作为增强相可以有效地细化ZL205A合金的晶粒,多孔陶瓷孔隙率的降低,孔结构越小,合金晶粒越细小。对制备的复合材料进行力学性能测试,复合材料的硬度和抗弯强度最高能够达到127.6HV和415MPa。对制备的复合材料进行摩擦磨损测试,结果表明,连续陶瓷相的存在将铝基体严重的粘着磨损和剥落磨损转变为较轻的磨粒磨损,极大提升了复合材料的摩擦磨损性能,为其用于耐磨领域提供了理论依据。     

铸铁用碳化硅质泡沫陶瓷过滤器的制备与性能

使用有机泡沫浸渍工艺制备碳化硅质泡沫陶瓷过滤器,探讨了复合粘结剂的比例、烧结助剂(Al2O3)的加入量及烧结性能。样品的抗压强度与Al2O3的含量之间存在最佳搭配关系,莫来石相的生成是材料强度提高的一个重要贡献因素。采用最佳配方在1400℃制得的碳化硅质泡沫陶瓷过滤器抗压强度达到1.9MPa,样品加热至1100℃,放入15℃水中急冷的热震次数高达15次。     

泡沫碳化硅陶瓷表面原位合成Silicalite-1沸石的研究

采用泡沫碳化硅陶瓷作为载体,在其表面制备沸石分子筛涂层.首先,通过聚氨酯泡沫热解结合可控熔渗反应烧结制备泡沫碳化硅陶瓷. 然后通过原位水热合成法在泡沫碳化硅陶瓷表面制备Silicalite-1沸石涂层. 沸石涂层和泡沫碳化硅载体所组成的复合材料具有独特的微孔/大孔结构,高的比表面积和界面结合强度.这种材料将会在催化、吸附/分离领域有广泛的应用前景.     

Si粉粒径及其添加量对SiC陶瓷材料结构和性能的影响

将平均粒径为75 μm和48 μm、质量分数为0%~8%的Si粉分别添加到SiC陶瓷材料中,在1550℃下保温3 h烧成,研究Si粉粒径及其添加量对SiC陶瓷材料烧结性能、力学性能和显微结构的影响。结果表明:添加不同粒径及质量分数的Si粉可改善SiC陶瓷材料的显微结构,提高其烧结性能和力学性能;在一定范围内,较小粒径的Si粉更有利于形成均匀、致密的SiC烧结体,大幅提升SiC陶瓷材料的性能;当Si粉粒径为48 μm且添加的质量分数为4%时,SiC陶瓷材料的烧结性能和力学性能较优,其体积密度和显气孔率分别为2.58 g/cm3和13.5%,抗弯强度和洛氏硬度分别为25 MPa和115 HRB。      

填充泡沫Ti/AlSiMg的SiC陶瓷钎焊接头的组织与性能

为丰富SiC陶瓷钎焊所用钎料的设计思路,提出了一种泡沫Ti/AlSiMg新型复合钎料,通过Ti元素的溶入提高钎料与SiC陶瓷之间的界面结合力,利用泡沫Ti与Al基钎料之间的界面反应获得原位增强的钎缝,从而提升接头力学性能. 采用钎焊温度700 ℃、保温时间60 min和焊接压力10 MPa进行SiC陶瓷真空钎焊,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、电子探针和万能试验机对接头组织、成分和性能进行分析,探索泡沫Ti/AlSiMg复合钎料在SiC陶瓷钎焊中的可用性. 结果表明,填充泡沫Ti/AlSiMg复合钎料所得接头结构为SiC/Al/Ti(Al,Si)₃/Ti(Al,Si)₃原位增强Ti基钎缝/ Ti(Al,Si)₃/Al/SiC,断裂发生在铝合金界面层和SiC陶瓷之间,Ti元素的溶入提高了铝合金界面层与SiC陶瓷之间的界面结合力,接头抗剪强度达111 MPa.     

Influence of microstructure on the thermophysical properties of sintered SiC ceramics

The specific heat, thermal diffusivity and thermal conductivity of porous SiC ceramics sintered using two kinds of SiC powders (fine and coarse) have been investigated for sintering temperatures in the range 1700–2000 °C. Sintered SiC has a porous structure with approximately 30–40 vol.% porosity. Thermal diffusivity was measured by the laser flash method. The thermal diffusivities and thermal conductivities of sintered SiC ceramics increased with increasing sintering temperature. The specific heat decreased slightly with increasing sintering temperature. The thermal diffusivities and thermal conductivities of SiC sintered from coarse powder were higher than those of SiC sintered from fine powder. The thermal conductivity of samples increased markedly with increasing grain size.     

填料增强先驱体转化法制备陶瓷涂层的研究进展

先驱体转化陶瓷法是一种原位制备陶瓷涂层的新型方法.在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层时,选择陶瓷产率较高的先驱体和添加填料是降低陶瓷涂层气孔率和收缩率的重要途径.填料在先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层中起着重要作用,通过添加填料,可进一步提高陶瓷涂层的性能并扩展其功能特性.填料主要包括惰性填料、活性填料、熔融型填料和牺牲型填料4种.对比了4种填料的类型和特点,介绍了填料增强陶瓷涂层的作用机制和选取原则,综述了填料增强先驱体转化陶瓷法制备陶瓷涂层的研究现状.在裂解过程中,惰性填料的质量和体积均保持不变,可加入较高体积分数的惰性填料制备厚涂层;活性填料可与先驱体、裂解产生的小分子气体、保护气氛等反应,实现陶瓷涂层的近净成形;熔融型填料熔融后,填充到涂层空隙中,可提高涂层的致密化程度,消除基体和陶瓷涂层以及填料和先驱体之间由于热膨胀系数不匹配产生的应力;牺牲型填料分解后,形成孔状涂层,可控制陶瓷涂层中的应力,降低陶瓷涂层的有效弹性模量,增强陶瓷涂层的应变强度.针对陶瓷涂层的服役工况,选择合适的填料类型,确定填料的临界体积分数,揭示填料对陶瓷涂层组成、晶界结构、涂层致密化、裂纹缺陷及裂解反应过程的影响规律,研发新型裂解技术和工艺以控制先驱体转化为陶瓷涂层过程中产生的应力,是后续研究中需要重点关注的问题.