SiC/莫来石复相多孔陶瓷制备与性能研究

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碳化硅多孔陶瓷是一种新型功能材料,兼具多孔陶瓷和碳化硅材料的密度低、比表面积大、耐高温、耐磨损、化学性质稳定等优良性能,可以广泛应用于化工、能源、环保、生物、军工等领域。莫来石是Al2O3-SiO2系中唯一稳定的化合物,具有较低的热传导系数和热膨胀系数、高的抗蠕变性和热稳定性。因此,SiC/莫来石复相多孔陶瓷将具有更加广泛的应用前景与广阔的市场。本论文以SiC、高岭土、A12O3为主要原料,采用添加造孔剂的方法制备了SiC/莫来石复相多孔陶瓷,探讨了烧结温度、造孔剂、m高岭土/mA12O3(高岭土与A12O3质量比q)、添加剂、保温时间及成型压力对多孔陶瓷气孔率、体积密度、抗折强度、抗热震与抗氧化等性能的影响,并采用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)分析表征了样品的物相组成与断面形貌。通过系统的研究,本论文取得如下主要研究结果:(1)探讨了以淀粉、炭黑为造孔剂,比较了不同温度烧结的试样性能,结果表明:当造孔剂淀粉加入量为10wt%,烧成温度为1350℃时,试样气孔率为31.40%,试样经抗热震与抗氧化测试,热震后强度保持率为31.86%,氧化增重率为0.72%。(2)在造孔剂淀粉加入量为10wt%基础上,系统研究了m高岭土/mA12O3对多孔陶瓷性能的影响。实验得出:随着m高岭土/mA12O3比值的增大,试样抗折强度总体呈现先增大后减少的趋势。当比值为1.00时,即Al2O3略高于莫来石的理论组成比例时,试样具有最优良的力学性能,抗折强度为42.50MPa。(3)在造孔剂淀粉加入量为10wt%、m高岭土/mA12O3比值为1.00的基础上,对比研究了MgO﹑Cr2O3﹑Y2O3三种不同添加剂对多孔陶瓷性能的影响;当MgO加入量为2wt%时,试样气孔率为32.84%,体积密度1.864g/cm3,抗折强度为44.58MPa,试样的综合性能最佳。(4)探讨了成型压力、保温时间对多孔陶瓷试样性能的影响。实验优化得出:当成型压力为100MPa,烧结温度为1350℃,保温时间为2h时,获得的SiC/莫来石复相多孔陶瓷试样气孔率为32.84%,抗折强度为44.58MPa,热震后强度保持率为32.30%,氧化增重率为0.57%。
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