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1、 河南理工大学万方科技学院毕业论文 I 摘摘 要要 碳化硅陶瓷具有高温强度高、抗氧化性强、耐磨损性好、热膨胀系 数小、硬度高、抗热震和耐化学腐蚀等优良特性,因此,在很多领域得到广 泛应用。然而,SiC是一种共价键性很强的化合物,其自扩散系数极小,可烧 结性很差。在传统的粉末冶金SiC烧结工艺条件下,如果不加入适当的添加 剂,纯SiC是很难烧结致密化。采用超高压烧结方法可以在较低温度、较短 时间、低烧结助剂添加量下获得高致密度、高性能的陶瓷。 本文利用高压六面顶压机对SiC陶瓷的高压烧结，对SiC陶瓷的高压烧 结工艺及性能进行了初步的研究，并进行了理论分析，探索了其显微结构 与性能之间的关系。通
2、过对SiC复相陶瓷的相对密度和XRD谱的研究分析， 发现高压烧结的SiC陶瓷材料具有优良的性能，主要体现在导热性能和韧 性在，有良好的应用前景。 与常压相比，高压烧结可以有效的降低金属陶瓷的烧结时间和烧结制 度，增进致密化，进而达到改进性能的目的。六面顶高压烧结技术是一种 快速、高效的烧结技术，大大降低了烧结温度和缩短了烧结时间，并且可 制备出接近理论密度的复相陶瓷材料。采用超高压烧结工艺可以烧结获得 无烧结助剂添加的高致密度SiC陶瓷(致密度92%100%)。烧结工艺对陶 瓷的性能有明显的影响，实验结果表明：Al2O3是SiC烧结的有效烧结助剂,在 低添加量下(约2wt%)即可实现陶瓷的全致
3、密烧结。烧结工艺对添加了烧 结助剂陶瓷性能的影响与纯SiC的烧结类似,但获得的陶瓷的致密度普遍较 高。 关键词：关键词：SiC 陶瓷 高温高压技术 烧结性能 物相分析（XRD 谱) 河南理工大学万方科技学院毕业论文 II ABSTRACT SiC ceramics is a good material with high temperature strength, oxidation resistance, wear resistance, thermal expansion coefficient, high hardness, thermal shock and chemical resi
4、stance and other excellent properties, therefore, has been widely used in many fields. However, SiC is a covalent bond strong compound, the self-diffusion coefficient is extremely small, the sinterability is poor. SiC sintered in the conventional powder metallurgy process conditions, without the inc
5、lusion of suitable additives, pure SiC densification is difficult. Using ultra-high pressure sintering method can lower the temperature, the shorter the time, the low sintering additives added amount obtained by a high- density and high-performance ceramic. In this paper, based on six sides high-pre
6、ssure jacking machine of SiC ceramics high pressure sintering, high pressure sintering process and the performance of SiC ceramics has carried on the preliminary research, and has carried on the theoretical analysis, to explore the relationship between its microstructure and properties. Through the
7、relative density of SiC ceramic compound phase spectrum and XRD analysis, found that high pressure sintering SiC ceramic material with excellent performance, mainly reflected in the performance of thermal conductivity and toughness in, has the good application prospect. Compared with normal pressure
8、, high pressure sintering can effectively reduce metal sintering time and sintering the ceramic system, promote densification, and thus achieve the purpose of improving performance. Cubic high pressure sintering technology is a fast and efficient sintering technology, greatly reducing the sintering
9、temperature and shorten the sintering time, and 河南理工大学万方科技学院毕业论文 III close to the theoretical density of the composite ceramic materials can be prepared. Using high pressure sintering process can be obtained by sintering without sintering aids added high density SiC ceramics (density of 92% to 100%)
10、. Sintering properties of ceramics have a significant impact, the experimental results show that: Al2O3 sintered SiC is effective sintering aids, in the low dosage (about 2wt%) to achieve a fully dense sintered ceramic. The sintering process is similar with added the sintering aids Ceramics pure SiC
11、 sintered similar, but the density of the ceramic is generally higher. Keywords: SiC ceramics, high temperature and high pressure technology, sintering properties, phase analysis (XRD spectra) 河南理工大学万方科技学院毕业论文 目录目录 1 绪论1 1.1 引言1 1.2SiC 的简介2 1.2.1SiC 的结构及性能.2 1.2.2 SiC 粉体的制备方法2 1.3SiC 烧结方法8 1.3.1 反应烧
12、结.8 1.3.2 再结晶烧结法.9 1.3.3 硅渗 SiC 烧结技术.9 1.3.4 等离子体电火花烧结（SPS） 9 1.3.5 常压烧结.10 1.3.6 高压烧结法.10 1.4 碳化硅陶瓷的应用11 1.5SiC 陶瓷的研究现状11 1.6 本课题的研究任务和内容12 2 高温高压技术13 2.1 引言13 2.2 高温高压设备13 2.3 压力和温度控制系统15 2.3.1 压力控制系统.15 2.3.2 温度控制系统.15 2.4 压力的标定和油压控制16 2.4.1 压力的标定.16 2.4.2 油压的控制.18 河南理工大学万方科技学院毕业论文 2.5 温度的标定19 2.
13、6 腔体材料的选择20 2.7 加热源材料的选择22 3 实验原料及实验方法23 3.1 实验原料23 3.1.1SiC 粉末.23 3.1.2 其他原料.23 3.2 实验方法23 3.2.1 试样制备.23 3.2.2 高压烧结制度.24 3.3SiC 陶瓷材料研究技术路线25 3.4 性能测试26 3.4.1 包套去除及分析样加工.26 3.4.2 根据阿基米德原理测样品的密度（排水法）.26 3.4.3XRD 物相分析.27 4 SiC 陶瓷的高压烧结.28 4.1 引言28 4.2 未添加烧结助剂时温度、时间对陶瓷烧结性能的影响28 4.2.1 烧结温度对陶瓷烧结性能的影响.28 4
14、.2.2 烧结时间对陶瓷烧结性能的影响.29 4.3 添加烧结助剂对陶瓷烧结性能的影响30 4.3.1 烧结助剂添加量对陶瓷烧结性能的影响.31 4.3.2 烧结温度对陶瓷烧结性能影响.33 4.3.3 烧结时间对陶瓷烧结性能的影响.34 4.4 高压烧结机理34 5 结论与展望37 河南理工大学万方科技学院毕业论文 5.1 结论37 5.2 展望38 致 谢39 参考文献40 河南理工大学万方科技学院毕业论文 0 1 绪论绪论 1.1 引言 当今世界，材料的重要性已被人们充分认识，材料是现代文明的三 大支柱之一，科学技术的发展对材料不断提出新的要求，因此，世界各 发达国家对材料的研究、开发、
15、生产和应用都极为重视，并把材料科学 技术列为二十一世纪优先发展的关键领域之一。 SiC 陶瓷材料最早在 20 世纪 80 年代作为热结构材料出现，具有密 度低、抗氧化性能好、耐腐蚀、优异的高温力学性能和热物理性能、好 的自润滑性能等优点，是一种能满足 1650使用的新型高温结构材料和 功能材料。20 世纪 80 年代起，国内对作为航空航天热结构部件的 SiC 陶瓷复合材料开展了广泛研究，近年来在中南大学、西北工业大学、国 防科技大学、中科院沈阳金属所、航天工业总公司 43 所等单位的共同努 力下，作为热结构的 SiC 陶瓷复合材料在制备技术和应用等方面取得了 较大进展，缩短了与世界先进水平的差
16、距。到 21 世纪初中南大学开始开 展 SiC 摩擦材料的制备和摩擦磨损机理的研究。 然而,SiC 是一种共价键性很强的化合物，其自扩散系数极小，可烧 结性很差。在传统的烧结工艺条件下，如果不加入适当的添加剂，纯 SiC 是很难烧结致密的。为了获得致密的 SiC 烧结体，必须采用 SiC 细 粉及加入少量合适的烧结添加剂，由于添加剂的引入，SiC 陶瓷的许多 性能必定受到影响。此外即使在引入适当添加剂的情况下，SiC 陶瓷的 无压烧结温度和热压烧结温度亦在 2050以上，这样 SiC 粗晶容易生成、 长大，从而导致 SiC 陶瓷的力学性能的降低。因此，在一定程度上限制 了 SiC 性能的发挥。为了克服 SiC 陶瓷无压烧结工艺和热压烧结工艺等 存在的缺陷，人们开发了高压高温烧结等先进烧结工艺，取得了许多令 人满意的结果。在这一启发下开展了高温高压烧结 SiC 的研究，研究了 河南理工大学万方科技学院毕业论文
