- 文档大小:569.3 KB
- 文档格式:pdf
- 约 4页
- 2022-03-29 发布
- 举报
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
- 1、本文档共4页,内容下载后可编辑。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
58 材料工程/2011年5期 成型温度对多子LSiC陶瓷性能的影响 EffectsofMoldingTemperatureonPropertiesof PorousSiCCeramics杨 阳,赵宏生,刘中国,张凯红,李自强 (清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084) — — YANGYang,ZHA0Hongsheng,LIUZhongguo, — ZHANGKaihong,LIZiqiang (InstituteofNuclearandNewEnergyTechnology, TsinghuaUniversity,Beijing100084,China) 摘要:以包混工艺合成了核一壳结构的先驱体粉体,并引入少量A1O,SiO和Y0。作为复合添加剂,通过模压成型、炭 化和烧结工艺制备了多孔碳化硅陶瓷;研究了成型温度对样品的孔隙率、密度、热膨胀系数、抗弯强度和热震性能的影 响。结果表明:成型温度对多孔碳化硅陶瓷的孔隙率、密度、抗弯强度及热震性能均产生了显著影响,对热膨胀系数影响 ℃ 较小。在8O成型的多孔碳化硅陶瓷综合性能较佳,过低的成型温度使包覆在核壳结构先驱体粉体外层的钡酚醛树脂 不能充分流动,使最终多孔碳化硅陶瓷样品结构松散、强度降低;而过高的成型温度使钡酚醛树脂过分流动,对添加剂粉 体形成包覆再经过炭化后阻碍了添加粉体的充分接触,未能起到烧结助剂的作用。 关键词:碳化硅;多孔陶瓷;成型温度;包混工艺;复合添加 中图分类号:TQ174 文献标识码:A — 文章编号:100卜4381(2011)05005804 — Abstract:Thecoreshellstructureprecursorpowdersweresynthesizedthroughcoatmixprocess,and asmallamountofA12O3,SiO2andY2O3compositeadditiveswasadded.Aseriesofporoussilicon carbideceramicswereproducedaftermolding,carbonizationandsintering.Theporosity,density, thermalexpansioncoefficient,bendingstrengthandthermalshockresistanceofporoussiliconcarbide — ceramicswereanalyzed.Theresultsshowthattheporoussiliconcarbideceramicwithmoldingtem ℃ perature8Opossessesbestgeneralperformance.Whenthemoldingtemperatureisverylow,the — bariumphenolicresincoatedoverthecoreshellstructureprecursorpowderscannotflowadequately, leadingaloosestructureandlowerstrengthforthefinalporoussiliconcarbideceramic.Whilethe phenolicresinflowstoomuchwithexcessivehighmoldingtemperature,someofcompositeadditives arecoatedbyphenolicresinandcannottoucheachotheradequately,therebytheeffectofcomposite additiveiSweaken. — Keywords:siliconcarbide;porousceramic;moldingtemperature;coatmixprocess;compositeaddi t;ve 多孔碳化硅陶瓷是一种新型功能材料,因其具有 通透性好、密度低、比表面积大及耐高温、耐磨损、化学 性质稳定等优良性能,兼具多孔陶瓷和碳化硅材料的 优点,可广泛应用于化工、能源、环保、生物、军工等多 个领域。其中一个重要应用就是流体过滤,尤其被认 为是用作柴油机尾气过滤器的最佳候选材料之一l_】]。 多孔碳化硅陶瓷的制备方法较多,如氧化黏结法L2]、燃 烧合成法、聚碳硅烷转化法、碳热反应法、化学气相浸 “ 渍与反应法、溶胶凝胶/碳热还原法_3等。包混/复 合添加工艺l5将包混工艺和添加复合烧结助剂相结 合,具有包混工艺的工艺简单、节能、高效、工艺可控和 环境相容性好等优点,且通过添加A1O。一SiO一YO。 复合助剂促进了陶瓷中力学性能更好的莫来石相的产 生,并使碳化硅的晶粒细化、热震性能更高,在实际应 用方面有着很好的前景。 模压成型是包混/复合添加制备多孔碳化硅陶瓷 工艺中的重要步骤之一,而由于用于成型的先驱体粉 体具有硅一酚醛核壳结构,因此成型温度直接影响最终 多孔碳化硅制品的性能。本工作研究了成型温度对包 混/复合添加工艺制备多孔SiC陶瓷性能的影响。 成型温度对多孑LSiC陶瓷性能的影响 59 1实验 1.1样品制备 将硅源丁业级硅粉、碳源和黏结剂钡酚醛树脂 (表1)以及溶剂化学纯乙醇混合,经过热处理和老化 后制备成核壳结构的先驱体粉体。添加剂分别为化 学纯中性Al(),粒径100~200目;化学纯Y。();分 析纯SiO。。添加质量比为先驱体粉体:Al10。:SiO! :Y0。一100:3:1:0.71。将先驱体粉体和添加剂 混合均匀后进行压力成型,成型温度分别为60,80,℃ 100,12O.成型压力为10MPa,保温时间为30min。 然后在600~1000o(、下的氩气气氛中进行炭化,升温 ℃速率为0.3~3/r ain,保温1~4h。最后进行高温真 ℃ 空烧结,升温速率为5~10/rain,烧结温度为℃ 1650,保温2h。 表l钡酚醛树脂主要特征 Table1Themainfeaturesofbariumphenolicresin 1.2性能表征 多孑L碳化硅陶瓷样品的表面形貌采用S一3000N 型扫捕电镜进行观察。用AutoporeIV9510型压汞 仪测定样品的孔隙率。用DII402C型热膨胀仪测定 样品的线膨胀系数,并采用排水法测定多孑L碳化硅陶 瓷的密度。 用金刚石平面磨床将待测样品加工成3mm× 4mm× 40ram的样品,利用ZWICKZ005万能材料试 验机对样品进行三点弯曲抗弯强度测定,跨距为 ℃ 30mm。在空气中加热样品至800后冷却至室温,冷 却介质为空气。重复热震3O次,并用热震后的抗弯强 度损失率表征材料的热震性能: 77一 二× 100 (1) n 式中:刁为热震性能为热震前抗弯强度为热震 后抗弯强度。 2结果与讨论 ℃ 核一壳结构先驱体粉体表面的钡酚醛树脂在60 以下是一层较为坚硬的包覆层,几乎没有流动性;60 ̄C 以上时树脂发生软化,产生流动性,成型温度越高.钡 酚醛树脂的流动性也就越好,利于低压成型,得到的素 坯有一定的强度。而钡酚醛树脂的流动对成型素坯的 内部成分结构,以及添加剂粉体在素坯中的状态造成 影响,最终影响了多孔碳化硅陶瓷的性能。 2.1孔隙率的影响 图l为不同成型温度下多孔碳化硅陶瓷样品的孔 隙率变化。可以看出,随成型温度的提高多孔碳化硅 陶瓷的孑L隙率逐渐降低,这是由于高温使钡酚醛树脂 ℃ 流动对孔隙的填补造成的。并且在8O之前,孔隙率 的降低不明显,温度越高变化越明显。图2是不同成 型温度下多孑L碳化硅陶瓷样品的SEM照片,从图2 ℃ ℃ 可明显看出6O和80成型温度的样品表面孔洞多 ℃ ℃ ℃ 于100,120成型温度的样品,而1oo和120成型 温度的样品则较为致密。 Moldingtemperature/: 罔1成型温度对样品L隙率的影响 Fig.1Porosityofporoussiliconcarbideceramics moldedatdifferenttemperatures 2.2密度的影响 成型温度对多孔碳化硅陶瓷样品的密度影响如图 3所示。曲线显示密度随成型温度的提高而增大。这 与2.1中孔隙率的变化相对应。但样品的密度变化趋 势与孔隙率变化趋势有所不同.在较低成型温度下样 品的密度增加相对较快,而较高成型温度下样品的密 度增加则有所变缓。 2.3抗弯强度与热震性能的影响 不同成型温度下多孔碳化硅陶瓷样品的热震前后 三点抗弯强度如表2所示。从表2数据可以看出.成 ℃ 型温度为60的多孑L碳化硅陶瓷样品抗弯强度最低, 这可以归冈于其较高的孔隙率和较低的密度,表明该 样品的结构较为松散。进一步分析表明,较低的成型 温度使钡酚醛树脂流动不充分,在同样的成型压力下 先驱体粉体之间未能紧密黏结。当成型温度高于℃ 8O时,过分流动的钡酚醛树脂可能包覆了作为烧结 助剂加入的AlO,SiO和Y:()。粉体,再经过炭化后 使得添加剂颗粒不能充分接触和反应,反而成为了陶 成型温度对多孔SiC陶瓷性能的影响 61 表3不同成型温度样品的线膨胀系数(单位:× 10K) Table3Fhermalexpansioncoefficientofporous siliconcarbideceramicswithdifferentmolding temperatures(unit:× 10K) 能最佳相符。总的来说成型温度对多孔碳化硅陶瓷的 热膨胀系数影响不大。 3结论 (1)模压成型温度是包混复合添加制备多孑L碳化 硅陶瓷工艺中的重要参数之一。成型温度对多孔碳化 硅陶瓷的孔隙率、密度、抗弯强度、热震性能和热膨胀 系数产生不同程度的影响。 (2)过高和过低的成型温度分别造成了钡酚醛树 脂的流动性过于充分和不够充分,进而减弱了复合添 ℃ 加剂的作用,成型温度为80时获得的多孔碳化硅陶 瓷综合性能较佳。 参考文献 1]魏雄武,杜传进.柴油机微粒捕集器关键技术发展现状与分析 [J].柴油机设计与制造.2005.14(4):172175. 2]SHEJH。YANGJF,NA()KIK.ela1.Highstrengthporoussilicon — carbideceramicsbyanoxidationbondingtechnique[J].Journalofthe Es]章林.曲选辉.SiC多孔陶瓷的研究进展[J].粉末冶金技术, ● 2007,25(2):13914. [4WANGC,WAN(;J,PARKCB,eta1.(;rosslinkingbehavior ofapolysiloxaneinpreceramicfoamprocessing[J].Journalof MaterialsScience,2004,39(15):49134915. Es]SHIIM.ZHAOHS.YANYlt.etalFabricationofhighpu rityporousSiCceramicsusingcoatmixproeess[J].MaterialsSci enceandEngineeringA.2007,,460461:645647. [6]杨阳,赵宏生,刘中国,等.一种高抗热震性多L碳化硅陶瓷的制 备方法EP].中国擘利:201o1o1525494,2O1O0,119. E73时利民.基于包混1二艺的多孔碳化硅陶瓷的制备与性能研究 [D].北京:清华大学,2007. r8刘培生。马晓明.多孔陶瓷枪测方法[M.北京:冶金T艺出版 礼,2006. [9]贾德吕,宋棒明.无机非金属材料性能M].北京:科学L{J版社, 2008. [10]DINGSQ,ZENGYP,JIANGDI.Thermalshockbehaviour —— —— ofmullitebondedporoussiliconcarbideceramicswithyttriaad ditionEJ].JournalofPhysicsD:AppliedPhysics,2007,40(7): 21382l42. [11]杨海涛.徐润泽,黄培云,等.Mg()_cc()!烧结助荆对常压烧结氮 化硅陶瓷致密化和性能的影响[J].中国有色金属学报.1996,6 (3).9】95 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50802052) — 收稿日期:20l00517;修订日期:201卜0321 作者简介:杨阳(1986),男。硕:i_=研究生,从事多孔碳化硅陶瓷材料方 面研究T作,联系地址:北京市清华大学核能与新能源技术研究院新材 料研究室(100{)84),Email:yangyang01@mails.tsinghua.edu.cn 通讯作者:赵宏生,副教授,联系地址:北京ff清华大学核能与新能源技 术研究院新材料研究室(100084),E~mail:hshzhao@tsinghua.edu.cn :\mericanCeramic ̄)ciety,2002.85(11):28522854. 米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米 (上接第57页) [】6] 7]张华.钱余海.齐慧滨,等.汽热轧钢板的锈蚀行为及预防措施 J].腐蚀与防护,2008.29(6):3163]8. 8] [93 1O] [11]— [193 [13] [14] 15] 赵迪.姜育男.浅析热轧带钢氧化铁皮表面缺陷的产生及对策 J].奉钢技术,2008,(1):2022. (、ftATI、()PAI)HYAYA,BANI)YOPADHYAYN.DASAK, eta1.OxidescalecharacterzatjonofhotrolledcoilsbyRaman spectroscopytechnique[J上ScrMater.2005.52(3):211215. 李美栓.金属的高温腐蚀[M].北京:冶金丁业m版社.2001. 薛会斌.热轧带钢氧化皮组成与结构对其腐蚀行为的影响[D]. 北京:北京科技大学,2008. IUIAS,YVAH,XAVIERVE.eta1.Hightemperature deformationofoxidescale[J].CorrosSci.2008.5I(2):309 315. 何爱花,盂洁.壬佳.等.表面氧化膜对B510I_热轧钢板腐蚀行为 的影响[J].中嘲腐蚀与防护学报,2008,28(i):197200. 营楚南.腐蚀电化学原理EM].北京:化学工业出版社,2004. 赵旭辉,左禹.赵景茂.儿种封闭方法处理后铝阳极氧化膜的耐 蚀性比较[J.腐蚀与防护.2006,27(8):400t03. [17] [18] [19] 米米米米米米米米米来米米米米米米米米米米米米 HAMAD()UI,KAI)R1A。l{Fl3RAHIM.Characterization — ofpassivefilmsformedonlowcart)onsteelinboratebuffersolu don(pH9.2)byelectrochemicalimpedancespectroscopy[J]. ApplSurfSci,2005.252(5):15101519. GIASS(jK,HASSANElNAM.BUENFEIDNR.0btaining impedanceinformationonthesteelconcreteinterfaceEJ].Corro sion,1998,54(11):887897. 梁平,李晓刚,杜翠薇.等.溶解氧对X80管线钢在NS4溶液中腐— 蚀行为的影响EJ].腐蚀科学与防护技术,2009,21(1):2023. 李金波.左剑恶.温度和硫离子对N80钢CO腐蚀电化学行为 的影响[J].腐蚀科学与防护技术.2009.2l(1):4447. 基金项目:国家自然科学基金(5087lO51);教育部无损检测重点实验室 基金(ZD200729003);江两省教育厅重点实验室基金(DB200901399) 收稿日期:201007-05;修订日期:201l0307 作者简介:叶志国(1979).男,博士.讲师.主要从事材料的腐蚀与防 护,联系地址:江西省南昌市丰和南大道696号南昌航空大学材料科学 — 与工程学院(330063),Email:zmii2009@163.corn
您可能关注的文档
- “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf
- “神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf
- “十二五”复合材料发展重点和方向解读.pdf
- “珠串”堆叠超结构的介孔铁酸锌的制备与表征.pdf
- (001)应变对正交相Ca2 P0.25 Si0.75能带结构及光学性质的影响.pdf
- 0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf
- 0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究.pdf
- 0Cr16Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的热变形行为及其热加工图.pdf
- 0Cr17Ni4Cu4Nb钢制螺钉断裂原因分析.pdf
- 1.5MW风机叶片模具加热工艺研究与技术创新.pdf
- 1.5MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证.pdf
- 2.5维机织复合材料低速冲击性能研究.pdf
- 2.25Cr-1Mo钢后续热处理中的磷偏聚行为.pdf
- 2A50锻铝三点弯曲试验与高分辨率CT成像分析.pdf
- 2A12与2A11铝合金超声波焊接工艺与组织研究.pdf
- 2MW风机复合材料叶片材料及工艺研究.pdf
- 3Cr2W8V模具钢激光表面相变硬化层性能的研究.pdf
- 3D打印技术及先进应用研究进展.pdf
- 3D打印技术研究现状和关键技术.pdf
- 5%鱼藤酮悬浮剂的研制.pdf
- 大叔大爷
- 该用户很懒,什么也没介绍
相关文档
- “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf2021-11-235页
- “神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf2021-11-233页
- “十二五”复合材料发展重点和方向解读.pdf2021-11-232页
- “珠串”堆叠超结构的介孔铁酸锌的制备与表征.pdf2021-11-235页
- (001)应变对正交相Ca2 P0.25 Si0.75能带结构及光学性质的影响.pdf2021-11-236页
- 0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf2021-11-237页
- 0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究.pdf2021-11-237页
