反应烧结碳化硅研究进展

对有关反应结合碳化硅(RBSC)材料的研究进展作了综述,并对存在的问题和今后可能的发展方向提出了自己的见解,包括:进一步提高性能;降低游离硅含量,提高使用温度;提高材料的可靠性和稳定性;低成本化.     

反应烧结氮化硅-碳化硅复合材料的氮化机理

为分析反应烧结氮化硅结合碳化硅(Si3N4-SiC)材料中微观结构和氮化硅分布不均匀的原因,对在隔焰燃气氮化梭式窑中应用反应烧结氮化方法制备的氮化硅结合碳化硅复合材料进行结构研究和热力学分析。结果表明:材料中的氮化硅以纤维状和柱状两种形状存在。Si的氮化机理为:Si首先被氧化成气态SiO,降低了体系的氧分压,当氧分压足够低时,Si与N2直接反应形成柱状Si3N4,气态SiO亦可与N2反应生成氮化硅,这是一个气-气反应,故生成的Si3N4为纤维状。氮化反应前SiO主要分布于材料孔隙和表面,因而生成的氮化硅分布不均匀,导致了反应烧结Si3N4-SiC材料结构的不均匀。     

反应烧结制备碳化硅陶瓷及其性能研究

以全细粉碳化硅(d50=3.6μm、w(SiC)≥98％)为主要原料,加入炭黑、石墨、减水剂和分散介质等混合均匀后注浆成型,80℃烘干并于1720℃反应烧结制备全细粉碳化硅陶瓷材料.考察了搅拌时间1～5 h、炭黑加入质量分数5.62％～6.93％对素坯性能的影响,并对素坯及烧后试样微观结构进行表征.结果表明:添加石墨所...     

提高反应烧结碳化硅陶瓷性能的研究趋势

反应烧结碳化硅陶瓷是一种很有商业化前途的材料,但它的性能并不是很理想,从而限制了它的广泛应用。本文介绍了研究者在提高反应烧结碳化硅陶瓷性能方面所做的工作。     

反应熔渗烧结法制备MoSi2/SiC复合材料

采用反应熔渗烧结方法制备了弯曲强度达262 MPa的MoSi2／SiC复相材料，并研究了其烧结过程和烧结机理。结果表明：MoSi2／C坯体中熔渗硅的方法制备MoSi2／SiC复相材料，液态硅自然浸渗过程在1450℃即可完成，而且在该温度下液态硅的浸渗速率大于或等于反应速率。在1750℃时虽然C Si→β-SiC反应全部完成，但生成的β-SiC发生再结晶，使复相材料的强度降低。成型压力对反应浸渗材料的强度影响不大。     

SiC纳米线增强反应烧结碳化硅陶瓷的性能研究

以单晶SiC纳米线作为增强体,碳化硅-碳为陶瓷基体,在1550℃下,采用反应烧结制备碳化硅基陶瓷复合材料(SiCnf/SiC).结合X射线衍射、万能试验机和扫描电镜等检测和分析,研究SiC纳米线对复合材料的微结构和力学性能的影响.研究表明:与未加入SiC纳米线的反应烧结碳化硅陶瓷相比,添加SiC纳米线的复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都得到显著的提高,抗弯强度提高了52％,达到320 MPa(SiC纳米线含量为12wt％),断裂韧性提高了40.6％,达到4.5 MPa· m1/2(SiC纳米线含量为15wt％);反应后的SiC纳米线仍然可以保持原有的竹节状结构,且随着SiC纳米线的加入,复合陶瓷的断口可以观察到SiC纳米线拔出现象.但由于SiC纳米线“架桥”的现象,添加过量的纳米线会降低复合陶瓷的密度和限制复合陶瓷力学性能的提高.同时还讨论了SiCnf/SiC的增强机理.     

逆反应烧结制备铝电解槽用氮化硅-碳化硅复合材料

采用常规的反应烧结工艺制作铝电解槽侧壁材料用Si3N4／SiC时存在不足，为此，提出应用逆反应烧结工艺进行生产性试验的设想。在制备Si3N4／SiC复合材料时，常规反应烧结是以Si和SiC为原料经氮化烧结；逆反应烧结是以Si3N4和SiC为原料，首先使Si3N4反向反应生成活性氧化物后进行烧结。结果表明：该工艺特点是新生的Si2N2O或SiO2进行活性烧结；制品具有良好的物理和化学性能。制品结构紧密，新生氧化物或亚氧化物紧密地充填在Si3N4和SiC颗粒间界，新工艺制备的砖的抗冰晶石熔体侵蚀的性能优于常规工艺烧成砖，是铝电解槽侧壁的良好材料。     

碳化硅及其复合材料的烧结

本文分析了ＳｉＣ及其复合材料设计与烧结关系,新烧结新工艺的特点和发展趋势,探讨ＳｉＣ及其复合材料烧结驱动力脑海在化烧结机理,讨论了助剂向我功能多组分发展趋势。     

用低纯碳化硅微粉烧结碳化硅陶瓷

用工业尾料低纯W3.5 μm SiC微粉为原料,在N2保护下烧结碳化硅(SiC)陶瓷.研究了低纯SiC微粉中杂质对SiC陶瓷力学性能的影响,对比了微粉提纯后材料的性能与结构.通过扫描电镜、金相显微镜分析材料的显微结构.结果表明:微粉杂质中SiO2、金属氧化物在SiC烧结温度下的放气反应是影响陶瓷材料力学性能的主要因素.由低纯SiC粉制得的材料的烧结密度达到(3.15±0.01)g/cm3,抗折强度达到(441±10)MPa.     

反应烧结碳化硅陶瓷的制备及烧结机理

用溶胶-凝胶法合成的无机／有机杂化材料结合SiC+C混合粉料制成了反应烧结碳化硅陶瓷素坯,并对由这种素坯制成的碳化硅陶瓷进行了物相鉴定和显微结构观察;借助Si-C相图对反应烧结碳化硅的烧结机理进行了研究,分析表明其主要烧结机理为溶解-再沉淀型。     

Reaction-bonded SiC derived from resin precursors by Stereolithography

A photo-curable resin with a high carbon yield after pyrolysis was developed in the present research. It consisted of phenolic epoxy acrylate resin, phenolic resin, triethylene glycol as pore forming agent and benzoin dimethyl ether as photoinitiator. The well-prepared mixed resin was used by Stereolithograpy to form resin prototypes. The influence of mixed resin composition on the process parameters was studied to meet the requirement for the cured thickness. Carbon preforms with open porosity of 27% and bending strength of 4.48 MPa were obtained after pyrolyzing the resin prototypes. After molten silicon infiltration at the temperature 2300 ?C, the carbon preform converted to reaction-bonded SiC. The maximum bending strength of the produced SiC samples was 127.8 ± 0.5 MPa as the pore forming agent content was 40 wt.%. Neither residual carbon nor silicon remained in the reaction-bonded SiC sample according to the XRD analysis.     

半固态搅拌制SiC颗粒增强镁基复合材料过程的数值模拟

采用商用的计算流体动力学(CFD)计算软件Fluent对SiC颗粒增强镁基复合材料搅拌过程进行动态模拟,研究了不同搅拌速度、搅拌时间及温度对于SiCp/AZ91(SiC颗粒增强镁合金AZ91)组织的影响。研究结果表明,搅拌时间和搅拌速度对于SiCp/AZ91材料成品质量有显著的影响,搅拌速度的增加有助于SiC颗粒的分散,但速度过快导致液面起伏较大,大量气体进入镁液中,最终使成品中气孔较多。而在搅拌时间方面,当时间较短时,SiC颗粒未充分与合金液混合,因此出现大片SiC颗粒团聚现象。随着搅拌时间的延长,团聚的颗粒逐渐向镁合金液中均匀分散,当搅拌时间为15 min时,SiC固相颗粒与镁合金液所组成的混合相最为均匀,此时继续延长搅拌时间,其固相颗粒的宏观均匀性并未发生进一步变化。根据模拟和试验的结果得出最佳的搅拌时间为15 min,搅拌速度为300 r/min。     

类蛭石结构纳米层状硅酸盐材料的水热法合成

利用水热法制备了具有类蛭石结构的纳米层状硅酸盐材料,研究了反应温度、反应时间及硅源对材料结构及形貌的影响规律。研究结果表明,反应温度对类蛭石纳米层状硅酸盐材料的结构影响较大,随着反应温度的升高,材料的结晶程度越来越高,当温度升高到340℃时,材料出现分层现象并产生水合铝硅酸钠杂质;随着反应时间的延长,材料的结晶程度得到提高,片层尺寸逐渐增大,但是当反应时间延长到36 h,材料中开始出现杂质;硅源对材料的结构影响较小,但是对其晶体结晶程度影响较大。通过实验分析得出最佳反应温度为300℃,最佳反应时间为24 h,最佳硅源为气相法二氧化硅。     

PCRBSC材料的原位凝固成型制备

依据淀粉颗粒的水中润胀吸水，在加热时产生糊化的特性，实现了一种新的陶瓷原位凝固成型方法。在固相含量接近50％(体积分数)的SiC陶瓷料浆中引入约3％(质量分数)的淀粉，用水溶加热的方法可以原位凝固成型各种形态的SiC陶瓷部件，获得致密、均匀的PCRBSC和RBSC坯体。经真空渗硅，制备出微现结构均匀，性能良好的SiC材料。     

利用热歧化反应进行氮化铝陶瓷表面钛金属化工艺及正交实验研究

利用熔盐热岐化反应法成功地进行了氮化铝陶瓷表面钛金属化。利用正交实验法就反应温度、反应时间、K2TiF6浓度3个因素对制备工艺进行探讨,研究各工艺参数对金属化膜厚度的影响。利用XRD、SEM对金属化膜的组成和陶瓷与金属化膜之间的界面进行了分析和观察,并对利用该法进行氮化铝陶瓷表面金属化的反应机理进行了初步探讨。     

Reaction-bonded B4C/SiC composites synthesized by microwave heating

The reaction-bonding technique was used to synthesize boron carbide (B₄C) - silicon carbide (SiC) composites by microwave heating. Preforms of porous B₄C were obtained by compaction followed or not by partial densification. Then, the material was infiltrated by molten silicon under a microwave heating. The influence of the thermal cycles (T: 1400-1500°C, t: 5-120 minutes) is low. The hardness of boron carbide is comparable to that of alumina (15-19 GPa) for a much lower density (≈2.5 g/cm³ for B₄C-based material instead of 3.95 g/cm³ for alumina). These properties make this composite, obtained by microwave heating, a good candidate for ballistic applications.     

反应浸渗法制备SiC/FeSix复合材料

研究了在SiC+C坯体中加入Fe粉,用熔融Si进行反应浸渗,以制备不合游离Si的SiC/FeSix复合材料.结果表明:用本实验方法通过调整坯体中Fe含量可以制得不合游离Si的SiC/FeSix复合材料,该材料在室温下的抗弯强度为(220±10)MPa.文中推导了Fe含量与第2相组成的理论模型,同时讨论了热处理工艺对烧结的影响.     

水基冷冻干燥工艺制备莫来石结合多孔SiC陶瓷

以微米级SiC和纳米级α-Al2O3为原料,经水基冷冻干燥及原位反应烧结工艺制备莫来石结合多孔SiC陶瓷.XRD分析表明多孔陶瓷主相是α-SiC,结合相是莫来石.多孔陶瓷的孔径分布呈现双峰分布特点,大孔孔径峰值介于3 ～20 μm,小孔孔径峰值为0.5 ～1 μm.体系中SiC固相含量及烧结温度对多孔陶瓷显微结构及性能有显著影响.当SiC固相含量由20vol％增至30vol％时,多孔陶瓷的孔结构由间距为20～ 30 μm、且定向排列的层状结构演变为孔径约为4μm的定向通孔结构.当烧结温度由1200℃升至1500℃时,多孔SiC陶瓷开气孔率由66％下降至64％,抗压缩强度由4.5 MPa升至16 MPa.     

SiC微粉加入对PIP法制备3D-Cf/SiC复合材料的影响

本文采用聚合物先驱体浸渍-裂解法(Precursor infiltration pyrolysis,PIP)制备出三维碳纤维增强SiC基复合材料(3D-C/SiC),研究了不同含量的SiC微粉对其制备周期、材料致密性和材料抗弯强度的影响.实验结果表明,先驱体溶液中加入适量SiC微粉可缩短3D-C/SiC的制备周期.材料致密度与抗弯强度随着先驱体中纳米SiC含量增加而不断增强,当含量达到11.76％时,材料致密度与抗弯强度达到最高,继续增加SiC微粉含量材料致密度与抗弯强度呈下降趋势.