基于溶胶凝胶法热压烧结制备BN-SiC复合陶瓷的研究

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本课题应用溶胶凝胶法和机械混合法制备出两种BN-SiC复合粉体。以BN作为基体。第二相SiC(质量分数小于50%)作为增韧相,弥撒分布于BN基体中。实验中,利用热压烧结工艺对两种复合粉体进行处理,最终获得了两种BN-SiC复相陶瓷材料。使用CMT-100型电子万能试验机、HVS-5型维氏硬度计、S4800型扫描电子显微镜等设备探究材料烧结性能和力学性能。通过对复合材料致密性,维氏硬度,抗弯强度和微观形貌等方面的分析,探索烧结温度,保温时间,第二相含量及原始粉体性能与复合材料微观组织与力学性能之间的关系。为BN-SiC复相陶瓷材料的实际应用奠定基础。实验结果表明,溶胶凝胶法制备出的BN-SiC复合粉体具有较高的活化性能和较低的烧结温度。在实际热压烧结过程中选取若干温度点位(1700℃、1750℃、1800℃)。研究发现,1750℃为该材料的最佳烧结温度。此时复相陶瓷材料的绝对密度和相对密度分别为1.69g/cm3和68.79%。材料对应的维氏硬度及抗弯强度分别为16.24MPa和61.00MPa。研究过程中还发现,该系列BN-SiC复相陶瓷材料的最佳第二相质量分数为20%wt.、最佳保温时间为90min。此时,BN-20%wt.复合陶瓷材料的绝对密度和相对密度为2.13g/cm3和86.84%。材料对应的维氏硬度及抗弯强度分别为47.68MPa和124.63 MPa。本文还对原始粉体制备方式对BN-Si C复相陶瓷材料烧结性能的影响进行了研究。在烧结工艺一致(最佳烧结条件1750℃×90min,30MPa)的情况下,溶胶凝胶法制备的复合陶瓷材料晶粒小,气孔率低,致密程度高。相比之下,机械混合法制备的复合陶瓷材料内部发生了严重的团聚现象。因此,溶胶凝胶法制备的粉体经热压烧结后制备的复合陶瓷材料力学性能均好于机械混合法。相比于机械混合法,溶胶凝胶法更适合作为烧结高性能BN-SiC复合陶瓷材料的原始粉体制备方法。
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