天然高嶺土碳熱還原制備Al-,2-O-,3--SiC復(fù)相陶瓷.pdf

1、陶瓷復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度和硬度特性，是復(fù)合材料的典型代表之一。氧化鋁陶瓷以其耐高溫、抗氧化、耐磨損等優(yōu)良特性，成為當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣的陶瓷材料之一。原位合成具有簡化工藝、降低原材料成本及實現(xiàn)特殊顯微結(jié)構(gòu)設(shè)計和獲得特殊材料性能，已成為制備復(fù)合材料的主要技術(shù)。 本研究探索了一條低成本合成高性能Al2O3/SiC復(fù)合材料的新途徑，以天然礦物高嶺土和碳為主要原料，采用原位碳熱還原合成技術(shù)，合成制備了Al2O3/SiC復(fù)相陶瓷粉末，進(jìn)一

2、步采用熱壓燒結(jié)技術(shù)，高溫?zé)Y(jié)了Al2O3/SiC復(fù)合材料。避免了顆粒的界面污染，改善了界面的結(jié)合性，獲得了性能優(yōu)良的Al2O3/SiC復(fù)合材料。對反應(yīng)的熱力學(xué)過程進(jìn)行了理論分析，探討了合成Al2O3/SiC的反應(yīng)動力學(xué)過程，對合成的復(fù)合材料進(jìn)行了性能測試和微觀結(jié)構(gòu)分析。通過對反應(yīng)過程的熱力學(xué)理論計算，分析了反應(yīng)能進(jìn)行的方程式，理論計算了高嶺土和碳反應(yīng)最終的產(chǎn)物物相。結(jié)合差熱分析，分析了在Al2O3/SiC反應(yīng)合成系統(tǒng)中各反應(yīng)發(fā)生的理論溫

3、度。X射線衍射物相分析，分析了高嶺土碳熱還原合成Al2O3/SiC的熱力學(xué)機(jī)理。通過對不同碳源和在不同溫度的反應(yīng)產(chǎn)物的X射線衍射分析，初步分析了反應(yīng)過程中不同碳源和溫度對合成粉末的影響。探索了合成Al2O3/SiC復(fù)相陶瓷粉末的最佳溫度和最佳碳源。分析結(jié)果表明高嶺土和活性碳在1550℃合成制備的復(fù)相陶瓷粉末結(jié)構(gòu)性能最優(yōu)。通過對Al2O3/SiC系統(tǒng)的熱力學(xué)計算，該系統(tǒng)熱力學(xué)上最穩(wěn)定的化合物是Al2O3、SiC。Al2O3/SiC復(fù)相陶瓷

4、粉末的反應(yīng)形成機(jī)理是：首先，高嶺土加熱分解生成Al2O3和SiO2；然后，C與SiO2反應(yīng)，把氧一步一步還原出來，直至生成SiC。通過對Al2O3/SiC復(fù)相陶瓷粉末在熱壓燒結(jié)過程中的分析，探索了Al2O3/SiC復(fù)相陶瓷粉末燒結(jié)的最佳溫度和較好的燒結(jié)助劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在1750℃和氧化釔、碳化硼燒結(jié)助劑下，得到了結(jié)構(gòu)性能較好的復(fù)合材料。 采用現(xiàn)代測試技術(shù)，研究了產(chǎn)物的物相組成，微觀結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能。添加劑的加入，改善了材料的結(jié)構(gòu)和