冶金用高性能碳化硅泡沫陶瓷制备研究
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1
赠
至少2 h 使其 自然 干燥 , 4 。 然后 放 人 干燥 箱 在 10C 2  ̄ 下 干燥3h 。
聚氨 酯泡 沫 的T — S 分 析 : GD C
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第 1 3卷 第 1 期
重庆科 技学 院学 报 ( 自然科学 版 )
21 0 1年 2月
冶金用高性能碳化硅泡沫 陶瓷制备研 究
况 敏 赵海全 赵 丹 姜 雨 婷
( 重庆科技 学院 , 重庆 4 1 3 ) 0 3 1
摘
要 : i 为 主 要 成 分 的 料 浆 中加 入 ZO和 硼 酸铝 晶 须 , 用 有 机 泡 沫 浸 渍 法 , l 0 ℃烧 结 制 备 SC 泡 沫 陶 以SC r 采 在 0 2 i基
宴
Байду номын сангаас
的 四方 相ZO 的陶瓷 在受 到外 力作 用时 ,微 裂纹 尖 r
端 附 近 产 生 张 应 力 ,松 弛 了 四 方 相 Z O 所 受 的 压 应 r 力 . 裂 纹 表 面 有 一 层 四方 相 转 变 为 单 斜 相 。 由 于 微
1 1
图 1 有 机 泡 沫 浸 渍 工 艺
按配 方 配制 五组 粉 料 ,浆 料 和水 质 量 比为 1 , : 2 采用 O 3 P f 行 星式 球 磨 机 球 磨 ,球 磨 2 后 , M一 S 4  ̄ h 加 入少 量4 MC 液 , %C 溶 再球 磨3 m n 止 。 0 i停
有下降。
・
1 35・
况 敏 , 海 全 , 丹 , 雨 婷 : 金 用 高性 能 碳 化 硅 泡 沫 陶 瓷 制 备 研 究 赵 赵 姜 冶 本 实 验 采 用 ZO 与 硼 酸 铝 晶 须 共 同增 韧 的 方 法 r。
晶须 拔 出 区材 料断 裂时 由基体 传 向晶须 的力在 二者
强度 . 以合 适 的烧 成制 度 最终 制 备 出高 性 能 的碳 化
硅 泡沫 陶瓷 。
1 实验 过 程
1 1 泡 沫 陶 瓷 制 备 过 程 .
泡 沫 陶瓷 的制 备采 用有机 泡沫 浸渍法 和常 压烧
结 法 。工艺 流程 图如 图1 示 。 所
实 验 所 用 原 料 及 技 术 指 标 见 表 1 。
行 表 面 活化 处 理 : 1 将 聚 氨 酯 泡 沫 裁 成 4 m () 0 mx
著降低 铸件废 品率 和焊补 率 , 善材料 晶相 组织 , 改 提 高铸件 的工艺 出 品率 , 善铸件 内部质 量 、 作性 能 改 工
以及 机 加 工 性 能
1 rm ̄ mm的 形 状 : 2 将 裁 好 的 泡 沫 浸 入 1 5 a 5 () % N O + MC 液 中 ;3 在4 ~ 0 aH C 溶 ( ) 0 6 ℃下水 解 处 理 , 浸 泡2 6 ;4 然后 反 复揉 搓 并 用 清 水 冲 洗 泡 沫 ;5 ~h () ()
种 晶体结 构 , 立方 相 (— r 、 c Z O ) 四方相 ( r :和单 t O) —Z
斜相 ( — r 。ZO 从 四方 相转 变为 单斜 相 时将伴 i Z O ) r n 随5 %左 右的体 积膨 胀 . 相变 颗粒 的体 积膨 胀一 方 面
对 周 围 的 基 体 产 生 压 应 力 阻 止 裂 纹 的 扩 展 , 一 方 另 面 在 颗 粒 周 同 形 成 许 多 非 扩 展 性 的 小 于 临 界 尺 寸 的
况敏 , 海全 , 丹 , 雨婷 :台 用 高性 能碳化 硅 泡 沫 陶瓷制备 研 究 赵 赵 姜 金 面生 成 的氧化 物 薄膜 比较 疏松 ,对 基体 的保 护作 用 不 充 分 , 使 其抗 氧化 性 降低 , 以应快 速 升温越 过 致 所
此 阶段 。
前躯体选择 H
预处理
至数 微 米 的微小 固体 悬 浮夹 杂 物 , 可滤 去 液态 的 还
熔渣 和气体 , 并且对 金属 液 的流 速有 减缓作 用 , 能大
大改 善铸件 的显微组 织 和力学 性能 。实 际应 用证 明
SC 沫 陶瓷过 滤合 金 的过滤效 率 高达9 % , 以显 i泡 5 可
前驱 体选 择为 聚氨 酯泡沫 ,实验 中对 前躯体 进
不高 等缺点 。所 以研究 冶金用 高性 能泡 沫陶瓷 具有 广泛 的应用 前景 和巨大 的经济 效益及 社会 效益 。 本研 究 采用有机 泡沫 浸渍 工艺制 备碳化 硅泡 沫 陶瓷 . 加入 硼 酸 铝晶须 和 二 氧化 锆 提高 泡 沫 陶瓷 的
实 验研 究二 氧化锆 和硼 酸铝 晶须对 碳化 硅基泡
据不 完全统 计 . 内迄 今 已有近 1 条SC 沫 陶 国 0 i泡
瓷 过滤 板生 产线 投人 生 产 . 然年 生 产 总量 已达上 虽
晾干 后备 用 。
.
百万 片 . 是 国内生产SC 沫 陶瓷过 滤板 与 国外相 但 i泡 比, 还存在 制 品强 度低 、 品性 能不 稳定及 生产 效率 产
瓷 , 测 定 不 同ZO: 硼 酸 铝 晶须 含 量 样 品 的抗 弯 强 度 、 震 次 数 。 验 结 果 表 明 , i 基泡 沫 陶瓷 的 抗 弯 强度 及抗 热 并 r 和 热 实 SC 震 性 能 随Z O 和 硼 酸铝 晶须 的加 入 量 的增 加 呈 先 上 升 后下 降 的趋 势 。 r r: 在Z O 的加 入 量 为 l - 、 酸 铝 晶 须 的加 入 量 64 硼 % 为5 %时SC 泡 沫 陶 瓷 的抗 弯 强 度 和 热 震性 能都 最 佳 , 抗 弯 强 度 高 达 1 7 a 热 震 循 环 次 数 为8 i基 其 . MP , 9 次 关 键词 : 沫 陶 瓷 ; r 硼 酸铝 品须 ; 韧 泡 Z( ; ) 增 中 图分 类 号 : 6 3 0 1 文献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :6 3 1 8 ( 0 ) 1 0 3 — 4 1 7 — 9 0 2 1 0 — l4 0 1
裁成制 品形状
陶瓷原料制备 卜. 调成料浆 H 浸渍处理 _叶
( ) 温 时 间的 确定 。在 10 2保 2 %保 温3 是 为 了更 h
I兰 H 拇
好 地 干 燥 挂 浆坯 体 , 形成 一 定 的强 度 ; 0  ̄ 保 并 在8 0C 温 l是 使 坯 体 更 好 地 排 胶 , 泡 沫 充 分 挥 发 掉 ; h 使 12 0 0 ℃保 温 2 是 为 了泡沫 陶 瓷 能够 充 分烧 结 , 坯 h 使 体 形 成一 定强 度 。
沫陶 瓷性 能 的影 响 ,料 浆 中改 变Z O 和硼 酸铝 晶须 r: 的含量 比例 , 其他 物质 含量保 持不变 。 料浆 具体 配方
如 表2 示 。 所
表2 碳 化 硅 泡 沫 陶 瓷 配 方 ( 质量 百分 比 )
试号 % 样
N ̄ A/ '%絮 蔬 髻 t 喜
有机 泡沫 体浸 渍 浆料 后 . 需除 去 多余 浆料 , 过 该
程称 为涂 覆 。最 简单 的方 法是 用 两块 木板 挤压 浸 渍 了浆 料 的泡沫 。 一 步 的关 键 是挤 压力 度 的均 匀性 , 这 既要 排 除 多余 的浆料 , 要 保证 浆 料 在 网络 孔 壁 上 又 分布 均匀 , 防止 堵 孑 。 L
拔 出 。 生 在 晶须/ 发 基体 界 面结 合较 弱 的情 况 , 当裂
纹从碳 化硅 基体 扩展 到硼 酸铝 晶须 时 .裂 纹 的扩 展 方 向发生 变化 .由于晶须 与基 体 的解 离 而使 裂纹 沿
晶 须 方 向扩 展 . 样 既 增 加 了形 成 新 表 面 的 面 积 , 这 又
图2 有 机 泡 沫 的 TG— DS 曲 线 O
瓷 的抗 压 强度 测 试 结 果 如 图4 5 示 。抗 弯 强度 测 、所 试 结果 如 图6 图7 示 。试 样 的抗 压 强 度 随 着 Z( 、 所 r ) 与 硼 酸 铝 晶 须 含 量 的 增 加 而 提 高 ,在 ZO 含 量 为 r
70 80 5 ~ 0 ℃是 聚氨 酯泡 沫发 生热 解 的温 度范 围。
2 实 验 结 果 及 分 析
21 抗 压 、 . 抗弯 强度 检 测结 果与讨 论
实 验 测 得 各 组 试 样 的机 械 性 能 如 表 3 示 。 所
表 3 产 品 的 机 械 性 能
不 同Z O 以及 硼 酸 铝 晶 须 含 量 的 SC 泡 沫 陶 r i基
1 .% , 酸 铝 晶 须 为 5 时 出 现 最 大 值 , 在 Z O 64 硼 % 但 r 含 量 大 于 1 .% , 酸 铝 晶 须 含 量 大 于 5 时 强 度 略 64 硼 %
由此 可确定 碳 化硅 泡沫 陶 瓷 的烧 结 升温 制度 如 图3 所示 。该烧 结升 温制 度应 注 意两 点 : ( ) 温升 温要 慢 , 1低 高温 升温 要快 。低温 阶段 如 果 升 温过 快 , 因有机 物 剧 烈 氧 化 而 在短 时 间 内产 会 生 大量 气体 造成 坯 体开 裂 和粉化 。高温 阶段 坯体 表
提高 了材料 的 断裂韧 性 。
微 裂纹 . 这些 微 裂纹遇 到负荷 作用 扩展成 大裂 纹时 , 可 以分 散主 裂纹尖 端 的能量 , 而 阻止裂 纹 的扩 展 , 从 提高 材料 的韧 性 和强 度 。 就是 微 裂纹 增 韧 。 由于 这
晶 粒 比 较 小 , 变 温 度 大 幅 度 降 低 , 温 下 含 有 少 量 相 室
我 国 已 成 为 世 界 产 钢 大 国 . 不 是 世 界 产 钢 强 但
表 1 原 料 及技 术 指 标
国, 随着 国 民经 济又好 又快 的发展 , 品质 的钢铁需 高 求量 将会 不断增 加 。碳 化硅 过滤 陶瓷作 为钢铁 生产 中重要 的过 滤材 料 . 仅可 滤 去金 属 液 中大 部分 小 不