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碳化硅泡沫陶瓷浆料成分与烧结性能

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2期刘岩,等:碳化硅泡沫陶瓷浆料成分与烧结性能

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来石的形貌和能谱分析,莫来石相的生成是材料强度提高的一个重要贡献因素,同时莫来石相也是高温强化相,对材料耐火度的提高具有很好的作用.烧结对强度的另一个贡献因素是加入的烧结助剂除了一部分参与反应生成莫来石相外,其余部分与剩余的氧化铝形成

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l,山.图4莫来石的形貌和能谱分析

图3A组分样品在不同烧结温度下的XRD图谱

Fig.4Appearanceandenergyspectrum。fmul—

Fig?3

XRDpatternsofA。omp08i‘ion

8ampl8

lite

phase

underdifferentsinteringtemperatures

▲一SiC;●一A1203;O—Mullite;口一Cristobali

图5烧结后的组织形貌

Fig.5

Structureandappearance。fsamplesafter

图6不同成分样品烧结温度与抗弯强度的关系

sin涮ng

Fig?6Flexuralstrength

us

sintering七emPerature

fordifferentcompositionsamples

一种玻璃相,这种玻璃相组织将SiC颗粒粘结包覆起来,从而形成有效的结合,这一结果可以通过图5所示的EPMA照片看出.根据A1203一Si02相图可知,在1250—1280。C就可以出现液相反应,从而生成莫来石相,而在A成分的样品中在13500C没有发现莫来石相,主要是烧结助剂的粘土含量较少,与氧化铝相接触反应的几率较小而且温度相对低的缘故.同时也可以发现,在研究中加入粘结剂的作用只是增加素坯的强度,并不参加烧结反应,

这与文献阻,51中的观点是一致的.图6为三种组分样品抗弯强度随烧结温度的变化曲线,

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308无机材料学报20卷

从图中可以发现,抗弯强度与开气孔率的变化并没有表现出完全相反的趋势.同种组分的样品最高强度没有出现在最高的烧结温度1450。C,而是出现在1400。C,这一现象的出现是由于高的烧结温度致使材料中的SiC相氧化程度高于较低的烧结温度,从而生成更多的方石英相(如图3),而方石英在冷却过程中将发生大约3%的体积转变,这一转变将给材料带来一定的微裂纹【6]’微裂纹的出现将对材料的强度造成一定的损害,因而导致14500C下烧结的样品强度低于1400。C下烧结的样品.

3.2浆料成分与烧结性能

研究中采用三种浆料配方,其中的烧结助剂的含量分别为5wt%、10wt%和15wt%,通过图2和图6比较可以发现,无论在那种烧结温度下,B组分样品的开气孔率叨显低于其它两种组分的样品,与此对应的是抗弯强度高于其它两组样品,说明烧结助剂的含量与力

图7三种组分样品在14000C烧结后断口照片

Fig.7Crosssectionofthreecompositionsamplessinteredat1400。C

(a)Acomposition;(b)Bcomposition;(c)Ccomposition

图8采用B组分14000C烧结的泡沫陶瓷

Fig.8CeramicsfoamofBcompositionsinteredat14000C学性能之间存在一个最佳比例,加入过高和过低含量的烧结助剂都不会取得最佳的烧结效果.由于加入的烧结助剂和氧化铝在烧结后将形成一种玻璃相组织,将碳化硅颗粒包裹在其中,而这种玻璃相组织在烧结过程中只是处于一种熔融状态,并非真正的液相,冷却下来后由于收缩作用,将形成一种是分散的,不连续的状态,在其断裂处将出现孔洞,如果烧结助剂的含量过高,则相对的主相碳化硅含量降低,将出现局部玻璃相中包覆碳化硅过少,甚至只有玻璃相而没有碳化硅颗粒的现象,如图7(c)所示,视野中碳化硅颗粒数量不多,玻璃

相的强度偏低,这就会造成整体强度不高;如果烧结助剂的含量过低,则玻璃相的含量将减少,对碳化硅颗粒的包覆作用将减弱,这种连接作用的减弱,将使一部分碳化硅颗粒没有得到有效的连接而直接裸露在外边,如图7(a)所示,视野左下角中碳化硅的数量很多,而且部分直接裸露在外边,这样的结果也将造成强度的降低.而B组分的样品断口中碳化

硅颗粒均匀的包覆于玻璃相中,形成良好的结合,因此其强度明显高于以上两种情况.

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