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1、 河南理工大学万方科技学院毕业论文 摘 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。通过对SiC复相陶瓷的相
2、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密烧结。烧结工艺对添加了烧结助剂陶瓷性能
3、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：SiC陶瓷 高温高压技术 烧结性能 物相分析（XRD谱)ABSTRACT SiC ceramics is a good material with high temperature strength, oxidation resistance, wear resistance, thermal expansion coefficient, high hardness, thermal shock and chemical resistance and other excellent properties, therefore,
4、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 inclusion of suitable additives, pure SiC densificati
5、on 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-pressure jacking machine of SiC ceramics high pressure
6、 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 relative density of SiC ceramic compound phase spec
7、trum 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, high pressure sintering can effectively reduce met
8、al 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 temperature and shorten the sintering time, and clos
9、e 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%). Sintering properties of ceramics have a significant impact, the experim
10、ental 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 sintered similar, but the density of the ceramic is generally higher.Key
11、words: SiC ceramics, high temperature and high pressure technology, sintering properties, phase analysis (XRD spectra)I目录1 绪论11.1引言11.2SiC的简介21.2.1SiC的结构及性能21.2.2 SiC粉体的制备方法21.3SiC烧结方法81.3.1反应烧结81.3.2再结晶烧结法91.3.3硅渗SiC烧结技术91.3.4等离子体电火花烧结（SPS）91.3.5常压烧结101.3.6高压烧结法101.4碳化硅陶瓷的应用111.5SiC陶瓷的研究现状111.6本课题的
12、研究任务和内容122 高温高压技术132.1引言132.2高温高压设备132.3压力和温度控制系统152.3.1压力控制系统152.3.2温度控制系统152.4压力的标定和油压控制162.4.1压力的标定162.4.2油压的控制18I2.5温度的标定192.6腔体材料的选择202.7加热源材料的选择223 实验原料及实验方法233.1实验原料233.1.1SiC粉末233.1.2其他原料233.2实验方法233.2.1试样制备233.2.2高压烧结制度243.3SiC陶瓷材料研究技术路线253.4性能测试263.4.1包套去除及分析样加工263.4.2根据阿基米德原理测样品的密度（排水法）26
13、3.4.3XRD物相分析274 SiC陶瓷的高压烧结284.1引言284.2未添加烧结助剂时温度、时间对陶瓷烧结性能的影响284.2.1烧结温度对陶瓷烧结性能的影响284.2.2烧结时间对陶瓷烧结性能的影响294.3添加烧结助剂对陶瓷烧结性能的影响304.3.1烧结助剂添加量对陶瓷烧结性能的影响314.3.2烧结温度对陶瓷烧结性能影响334.3.3烧结时间对陶瓷烧结性能的影响344.4高压烧结机理345 结论与展望37I5.1结论375.2展望38致 谢39参考文献40I1 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
14、求，因此，世界各发达国家对材料的研究、开发、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距
15、。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，研究了烧结工艺及添加剂等对陶瓷性能的影响，以期获得低烧结助剂含量和纯的高性能SiC陶瓷，开拓并掌握制备SiC等高熔点难烧结陶瓷的新技术。 本论文的主要目的是寻求一种新型的烧结方法，来降低烧结温度，缩短烧结时间，并且在低的烧结条件下能够烧结出高致密度
