SiC蜂窝陶瓷增强Al基复合材料的制备与性能表征.doc

SiC蜂窝陶瓷增强Al基复合材料的制备与性能表征《玻璃工艺学》课程论文学校：山东理工大学学院：材料科学与工程学院学生：指导教师:SiC蜂窝陶瓷增强Al基复合材料的制备与性能表征摘要：采用挤出成型工艺，经微氧化烧结制备出SiC蜂窝陶瓷，并采用低压铸造工艺制备了SiC蜂窝陶瓷增强Al基复合材料。采用XRD、SEM等手段分析了SiC蜂窝陶瓷的物相组成和微观形貌。最后对Al/SiC复合材料的界面的结合情况进一步研究。通过研究复合材料结合处的形貌和微观结构及元素分析，发现通过外力作用可以使本身浸润性很差的Al/SiC复合材料具有一定的界面性能，表现为元素在界面处的互渗现象。关键词：挤出成型；蜂窝陶瓷；烧结性能；Al基复合材料一、前言陶瓷材料具有低密度、高强度、高抗压的力学性能，但由于其缺少独立滑移性的结构而表现出质脆的弱点，使其不能够像金属材料在受力状态下产生凹痕或形变，而且它还对裂纹、气孔和夹杂物等缺陷极其敏感[1]，限制了其使用。SiC陶瓷是典型的以共价键为主的材料，具较好的高温强度、良好的抗氧化性、高热导率和低热膨胀系数、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，广泛应用于机械冶金化工和航空航天等领域。但是由于陶瓷材料本身的局限性，单纯的SiC很难克服其缺陷特征，因而对SiC蜂窝陶瓷增强金属基复合材料的研究有更为广阔的前景。陶瓷和铝及其合金结构的复合材料，可发挥其它们之间的协同作用，具有极大的材料可设计性，因此，这方面的研究受到国内外的广泛关注[2]。以金属铝及其合金作为陶瓷/金属结合复合材料的基体的研究领先于其他体系陶瓷/金属复合材料的研究，其工业应用也最为成功。这不仅因为它具有重量轻、比强度高、比刚度高、剪切强度高、热膨胀系数低、良好的热稳定性和导热、导电性，以及良好的抗磨、耐磨性能和耐有机液体和溶剂侵蚀等一系列优点，而且因为在世界范围内有丰富的原料资源，加之可用常规设备和生产工艺加工成型和处理，使得制备和生产Al增强的复合材料比其他金属基复合材料更为经济，更易于推广和应用[3-5]。国内外针对蜂窝陶瓷的研究体系主要有氧化铝、氧化锆、堇青石、碳化硼和SiC等[6]。氧化物陶瓷在高温环境下使用时存在高温强度和抗热震性不好的问题。Si3N4陶瓷高温力学性能优异，但是其抗氧化性差。B4C陶瓷强度虽然高，但是原料成本很高。综合来看。SiC体系的蜂窝陶瓷相比于其他材料体系的制备具有密度低、强度高、孔隙率高、透气性好、比表面积打、耐腐蚀、抗氧化性能、良好的绝缘材料、扩散距离短，以及耐热冲击性和耐高低温，以及价格低廉等特点，因此，SiC体系的蜂窝陶瓷的研究受到研究者青睐[7]。SiC蜂窝陶瓷的缺点是断了韧性较低，既脆性大，为了攻克这个难关，近几年以SiC蜂窝陶瓷为基的复相陶瓷研究发展迅猛[7]。二、实验内容2.1实验原料实验中所用原料汇总在表2-1表2-1实验中所用原料原料名称化学式/简称技术指标生产商SiCSiC≥99%山东青州微粉有限责任公司高岭土Al2O3·2SiO2·H2O≥99%丹东市化工研究所有限责任公司滑石3MgO·4SiO2·H2O，Al2O3、FeO/MgO≥99%丹东市化工研究所有限责任公司羟丙基甲基纤维素HPMC粘度3500～5600山东瑞泰化工有限公司无水乙醇CH2CH2OH分析纯天津市化学试剂一厂甘油甘油分析纯潍坊晨星化工科技有限公司2.2实验仪器与设备实验中所用的仪器与设备如表2-2所示。表2-2实验中所用的仪器设备设备与仪器名称型号生产商人工智能高温箱式电阻炉SGM381TE西格玛（上海）高温电炉有限公司电子天平JY4007型上海民桥精密仪器有限公司辊磨机78HW-1型江苏省荣华仪器制造有限公司真空练泥机ZL-0.5湘潭市中山仪器厂挤出成型机LGJ-03型鹤壁市金泰陶瓷机械设备厂微波干燥箱101型北京市永光明医疗仪器厂坩埚电阻炉SG2-3-12上海实验电炉厂低压铸造机J453尤刚铸造机械有限公司挤压铸造机TLJ250大连康丰科技有限公司2.3SiC蜂窝陶瓷增强Al基复合材料的制备工艺2.3.1SiC蜂窝陶瓷的制备工艺蜂窝陶瓷常用成型工艺包括：挤出成型、溶胶凝胶法、造孔剂法、凝胶注模法、造孔剂法以及冷冻成型等[8]，其中，挤出成型工艺以其工艺简单、生产效率高是工业化最为成熟的制备手段。挤出成型是将经过充分混炼的塑性泥料在一定挤出压力下，通过特定尺寸的蜂窝网格状结构的模具，挤出成型，然后经过烧结，得到蜂窝陶瓷。挤出成型是将塑料通过多孔模具制备成型的方法，基础孔径一般都大于1mm，成孔率小于70%。挤出成型优点在于精确设计孔尺寸、形状；而且生产连续，效率很高。挤出成型SiC蜂窝陶瓷的工艺流程如图2.3.1所示。图2.3.1SiC蜂窝陶瓷的制备工艺实验中选用三种粒度的SiC微粉按照一定的颗粒级配作为主要原料；然后将SiC粉和滑石与