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毕业论文网 > 开题报告 > 材料类 > 材料化学 > 正文

碳化硅陶瓷的超低温热压烧结开题报告

 2020-04-30 16:13:15  

1. 研究目的与意义(文献综述)

碳化硅陶瓷具有优良的常温和高温力学性能,如高硬度、抗磨损、抗氧化性、耐腐蚀性、抗蠕变性等[1],其高温强度可一直维持到1500 ℃[2],抗氧化性也可以维持到1750 ℃。鉴于以上特性,sic陶瓷可广泛应用于石油、化工、激光、冶金、汽车、航天航空等领域[3],现已成为最重要的高温结构陶瓷之一。目前,常用的制备工艺有常压烧结、热压烧结、放电等离子烧结和反应烧结等[4]

但sic中极强的共价键性(共价键成分占88%)使得烧结过程中的扩散速率相当低,很难采用常规的烧结途径制备[5,6]。一般常压烧结需要2000 ℃以上的高温[7];热压烧结温度也需达到1950 ℃ [8],极大限制了sic陶瓷的制备与应用。

研究发现,加入烧结助剂在烧结过程中形成液相,可以借助液相传质机制降低烧结温度,提高烧结体的收缩率并填充孔隙,促进sic陶瓷的烧结致密化[9]。汤文明等[10]提出了通过扩散障碍层、低活性基体和抑制界面反应技术来控制sic/金属界面固相反应,减少其对复合材料断裂方式的有害影响;katiraju等[11]研究了sic陶瓷的致密化机理和烧结助剂的作用机制,提出只有界面扩散以及通过晶界的晶格扩散对致密化是有利的,并基于吉布斯自由能和热压实验(1750 ℃、20 mpa)阐述了al、mg、al2o3、mgo、y2o3、硝酸钪和所有稀土氧化物都是有效的烧结助剂;江东亮等[12]报道了c和b4c(≥0.5 wt%)是热压sic陶瓷必不可少的烧结助剂,分别用来增加表面自由能并抑制sic晶粒的生长和降低晶界能;张龙等[9]添加30 wt%的al2o3-y2o3-cao(4.4:1.9: 3.7)烧结助剂体系,通过常压烧结(1575 ℃、400 mpa)制备的sic陶瓷体积密度为2.93g/cm3;马静梅等[13,14]和王晓刚等[15]分别采用bas(≥ 20 wt%)和b4c为烧结助剂,通过热压工艺(1900 ℃、30/50mpa)制备了致密度高于98%的sic陶瓷;bola yoon等[16]使用al-c添加剂(al7c1,6.5 wt%),通过sps在1650 ℃、20 mpa制备了相对密度为98.1%的sic陶瓷,而且当烧结助剂含量降到3.3 wt%时,温度则需要升至1800 ℃;p. #352;ajgalík等[17]采用新的sic制备方法在1850℃、30 mpa下热压烧结达到了3.2 g/cm3的密度,比常规方法降低了150-200 ℃。

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2. 研究的基本内容与方案

研究(设计)的基本内容:

1) 文献调研,了解国内外相关研究概况和发展趋势;

2) 研究Mg2Si掺杂量对SiC烧结的影响;

3) 研究复合烧结助剂对致密化的影响;

4) 样品物相、结构与性能表征;

5) 分析总结实验数据,撰写毕业论文。


目标:

添加少量的Mg2Si和Mg作为烧结助剂以期在1200 ℃实现SiC的致密化,并探究助剂含量、助剂复合对陶瓷致密化、结构及物相的影响。


拟采用的技术方案及措施:

1)实验主要原料:SiC粉体,Mg2Si,Mg

2)实验方案:以SiC为原始粉体,按照烧结助剂的质量分数为10wt%、15wt%、20wt%的配比计算并称量,经球磨混合均匀并烘干后装入石墨模具,在1200 ℃进行热压烧结得到SiC陶瓷。

烧结温度

烧结助剂

助剂总质量分数

每组质量分数中助剂摩尔比

(Mg2Si:Mg)

1200 ℃

Mg2Si Mg

10 wt%

15 wt%

20 wt%

1:2

1:1

2:1

3)样品分析:采用XRD、FESEM、显微硬度、力学试验等测试技术对制得的SiC陶瓷的物相、显微结构和力学性能进行测试。

3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,确定技术方案,了解研究所需原料、仪器和设备;并完成开题报告和英文翻译;

第4-5周:按照设计方案,制备sic陶瓷并探究烧结助剂含量对sic致密化的影响;

第6-7周:研究复合烧结助剂mg2si和mg对致密化的影响;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 佘继红,江东亮.碳化硅陶瓷的发展与应用[j].陶瓷工程,1998(03):3-11,28.

[2] 张丙荣,尹维英.β-sic粉末的合成及其热压烧结性能研究[j].山东轻工业学院学报(自然科学版) ,1990(4):52-56.

[3] 柴威,邓乾发,王羽寅,等.碳化硅陶瓷的应用现状[j].轻工机械,2012,30(4):117-120.

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