多孔碳化硅定向陶瓷的無模高溫結晶制備工藝

發布日期：2020-02-10 00:00 來源：http://www.webdev3000.com 點擊：

多孔陶瓷是一種含有一定量孔隙的非金屬固體粉末燒結體，用途十分廣泛。定向多孔碳化硅陶瓷是多孔陶瓷中的一種，因具有高過濾效率和高分離效率及優異的光電性能而備受關注。良好的碳化硅粉末堆積密度是制備高質量碳化硅陶瓷基礎之一，本文引入土力土質學中關于土顆粒堆積密度定量化理論，提出了如何獲得Z低碳化硅粉末堆積密度的方法和方向，并進行了實驗驗證。

對于獲得Z大氣孔率多孔碳化硅陶瓷坯體，粉末顆粒不均勻系數應小于5、曲率系數大于3，并使用形狀復雜的顆粒，增加顆粒間的摩擦力，提高“搭橋效應”機率，確立采用自由松散堆積方式成型多孔碳化硅陶瓷，且成型后無需干燥，操作快捷，環保節能。在不使用模板條件下，采用2200~2300℃高溫再結晶工藝獲得孔、晶體顆粒平行定向排列多孔純碳化硅陶瓷、孔定向排列純碳化硅陶瓷及仿木材結構定向多孔純碳化硅陶瓷。研究了溫度、爐壓、燒成時間、碳化硅粉末粒徑和顆粒形貌對定向多孔碳化硅陶瓷微觀組織結構和力學性能的影響。

無模板高溫再結晶工藝條件下實驗表明，在一定爐壓和碳化硅粉末粒徑及形貌條件下，樣品的燒成時間、燒成溫度與定向多孔碳化硅陶瓷的定向排列趨勢程度呈正相關關系。而在一定燒成時間、溫度條件下，定向多孔碳化硅陶瓷的定向排列趨勢程度與爐壓呈負相關關系。在一定溫度、爐壓條件和成型方式條件下，樣品的燒失率是形成定向多孔碳化硅陶瓷的標志，而碳化硅的粉末粒徑和形貌決定了制備的定向多孔碳化硅陶瓷是孔、晶體顆粒平行定向排列多孔碳化硅陶瓷，還是獲得僅孔定向排列多孔碳化硅陶瓷。采用碳化硅高溫再結晶工藝，不使用模板，利用樣品坯體不同部位、碳化硅焙砂與樣品坯體間密度差異對碳化硅分解壓、分解氣體擴散阻力的影響，造成樣品坯體不同部位碳化硅晶體顆粒分解和再結晶率的差異，并添加新型高溫造孔劑-氮化硅，獲得定向梯度多孔碳化硅陶瓷。此外，采用二氧化硅顆粒作為新型高溫發泡劑，利用高溫下SiC、SiC-SiO2反應產生氣體、二氧化硅玻璃液體組成固、氣、液三相發泡體系，高溫發泡，在高溫再結晶工藝條件下，脫去二氧化硅成分，獲得定向泡沫多孔碳化硅陶瓷。

Z后，引入木材生長機制，建立定向多孔碳化硅陶瓷形成的初步理論模型，提出：無論定向多孔陶瓷，還是定向致密陶瓷，都是物質（顆粒、氣體、液體）定向運移、定向聚集（燒成、結晶、凝固）所形成，并進一步說明定向多孔陶瓷的形成，是在“瓶頸效應”和一定壓力條件下，形狀各向異性的大粒徑晶粒（顆粒）、小粒徑晶粒（顆粒）或高溫氣體的定向移動、定向擇優偏轉或定向擇區移動，及定向聚集（燒成、結晶、凝固）所形成。

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