無壓燒結碳化硅基復合陶瓷的力學與抗熱震性.pdf

1、本文以SiC、微米Al2O3、納米Al2O3、Y2O3為原料，在不同溫度下燒結得到不同組分的SiC-Al2O3、SiC-Al2O3(Y2O3)及SiC-n-Al2O3復合陶瓷。利用X射線衍射、SEM等分析手段和三點彎曲、單邊切口法、淬火熱震法試驗系統(tǒng)的研究了 Al2O3添加量、Y2O3的添加、及納米 Al2O3對材料組織、性能的影響規(guī)律及機理。
　　結果表明SiC與微米Al2O3混合，經(jīng)200MPa冷等靜壓成型，在2100℃燒結可

2、以得到致密的材料，其致密度隨氧化鋁添加量增加，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在氧化鋁添加體積百分數(shù)為20％時達到最大值99.6%。復合材料的彈性模量隨氧化鋁添加量增加，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在氧化鋁添加體積百分數(shù)為20%時，達到最大值423.7GPa，材料的抗彎強度隨氧化鋁添加量增加而提高。在氧化鋁體積百分比達到30%時，達到最大值，為333.6MPa。材料的熱膨脹系數(shù)隨氧化鋁體積百分比的增加而提高，其熱膨脹系數(shù)(200-1200℃)在7.

3、0～7.8×10-6K-1之間。SiC- Al2O3復合陶瓷的抗熱震性隨氧化鋁體積含量的增加先上升后降低，在氧化鋁體積百分比為20%時，材料的抗熱震性能最佳，經(jīng)1000℃淬冷后，殘余強度率為35%。
　　在添加Y2O3時，與相同燒結條件下不添加Y2O3時致密度最高為70%相比，材料的致密度得到了大幅度提高。并且隨(Al2O3+Y2O3)添加體積百分比的增加，材料的致密度增加。SiC-Al2O3(Y2O3)系列復合陶瓷中存在低熔點共

4、晶相 YAP相，證明 Y2O3的加入日的在1900℃下燒結時，體系中產(chǎn)生了液相，促進了燒結的致密化。SiC-Al2O3-Y2O3系列復合陶瓷的力學性能隨(Al2O3+Y2O3)添加體積百分比的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在(Al2O3+Y2O3)添加體積百分比為20%時，可獲得強度最高的材料。材料的彈性模量、斷裂韌性、硬度均在(Al2O3+Y2O3)添加體積百分比為20%時達到最大值。材料的熱膨脹系數(shù)隨(Al2O3+Y2O3)添加體積百

5、分比的增加，呈現(xiàn)上升的趨勢。材料的抗熱震性隨(Al2O3+Y2O3)添加體積百分比的增加而提高。
　　納米氧化鋁粉末與碳化硅粉末混合均勻后，以升溫速率10℃/min，升至2000℃，保溫1h，進行燒結，得到致密的n-Al2O3/SiC復合陶瓷。材料的致密度在氧化鋁添加量為20%時達到最大值，為98.3%，與添加普通，在2100℃下燒結得到的材料致密度相當。而材料的抗彎強度及其他力學性能則得到了顯著的提高與改善。隨氧化鋁添加量增加而

6、提高。在而材料的彈性模量與維氏硬度則隨氧化鋁添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。氧化鋁添加體積百分比為10%時，材料的韌性最高，當氧化鋁含量增加到20%，致密度最高時，斷裂韌性取得最低值，當氧化鋁含量進一步升高，材料致密度下降時，材料的斷裂韌性又呈現(xiàn)升高趨勢。材料的熱膨脹系數(shù)隨氧化鋁添加量的增加而提高，在4.58～5.33×10-6/K之間變化。材料的抗熱震性隨氧化鋁添加量的增加先上升而后降低，添加20vol.%的n-Al2O3時，材料

7、的抗熱震性能最好。與添加普通氧化鋁相比，添加納米氧化鋁可以在較低溫度下獲得致密的SiC-n-Al2O3復合陶瓷；顯著提高材料的強度、斷裂韌性等力學性能，但抗熱震性能則有大幅下降。
　　綜合比較上述各種工藝及不同成分配比的材料，可以發(fā)現(xiàn)在使用納米Al2O3與SiC復合時，材料具有最佳的力學性能，但其抗熱震性能較差，而使用微米Al2O3與SiC復合，需要的燒結溫度較高，且材料性能價差。在SiC-Al2O3體系中加入Y2O3，可以在較低