反應(yīng)燒結(jié)碳化硅磚陶瓷材料具有優(yōu)異的耐磨損、耐高溫、抗熱震、熱膨脹系數(shù)小、、熱導(dǎo)率大和耐化學(xué)腐蝕等性能,廣泛應(yīng)用于化工、冶金、建材、國防等工業(yè)領(lǐng)域。雖然反應(yīng)燒結(jié)碳化硅磚具有許多優(yōu)點,但由于制品中較高的游離硅含量會增加制品的脆性,降低了制品的硬度。凝膠注模工藝是建立在傳統(tǒng)陶瓷注漿成型技術(shù)和高分子化學(xué)理論的基礎(chǔ)上的一種新的成型工藝,是通過有機單體聚合反應(yīng)實現(xiàn)漿料的原位成型的凈尺寸成型方法。凝膠注模工藝成型的坯體具有密度均勻、致密度高、強度大、可進行機械加工等特點。為了提高反應(yīng)燒結(jié)碳化硅磚的力學(xué)性能,本課題以碳化硼顆粒為增強相,采用凝膠注模成型工藝制備反應(yīng)燒結(jié)B_4C/SiC復(fù)合材料。通過對低粘度、高固相含量碳化硼/炭黑/碳化硅磚漿料的制備技術(shù)以及凝膠注模成型工藝參數(shù)的研究,制備出了結(jié)構(gòu)均勻、致密度高的反應(yīng)燒結(jié)碳化硼/碳化硅磚復(fù)合陶瓷,并對坯體和燒結(jié)試樣的力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)進行了測試分析。我們深刻研究了碳化硼/炭黑/碳化硅磚料漿制備過程中不同碳化硅磚顆粒級配、碳化硼含量和碳化硼顆粒大小、球磨時間、料漿pH值、固相含量對料漿粘度的影響。制備出了固相含量高達55vol%,B_4C含量為20wt%流變性能夠滿足凝膠注模工藝要求的碳化硼/炭黑/碳化硅磚料漿。通過改變引發(fā)劑用量、環(huán)境溫度以及緩凝劑用量可以控制聚合反應(yīng)的誘導(dǎo)期,從而澆注過程的順利進行,有利于制備均勻性好、致密度高的反應(yīng)燒結(jié)B_4C/SiC陶瓷坯體。 通過對凝膠注模成型反應(yīng)燒結(jié)碳化硼/碳化硅磚坯體及燒結(jié)試樣的性能研究表明;坯體的線收縮率隨固含量及碳化硼含量的增加而降低;彎曲強度隨著固含量的增加而增大,當(dāng)固含量為55vol%時強度達到24.3MPa。燒結(jié)體的密度隨著碳化硼含量的增加而下降;試樣的斷裂韌性隨碳化硼含量的增加而呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當(dāng)碳化硼含量為10wt%時,斷裂韌性達到大值5.07MPa•m~(1/2);燒結(jié)體的硬度隨著碳化硼含量的增加而增加,當(dāng)碳化硼含量達20wt%時,硬度達到94.5HRA。 坯體和燒結(jié)試樣的顯微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),凝膠注模坯體顆粒堆積致密,均勻分散,燒結(jié)試樣的顯微結(jié)構(gòu)均勻致密,具有良好的微觀性能。對燒結(jié)體的X射線衍射分析說明,燒結(jié)體的晶相組成為α-SiC、Si、β-SiC和B_4C未發(fā)現(xiàn)沒有參加反應(yīng)的碳。

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