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sic晶须增韧陶瓷基复合材料的烧结合成 陶瓷材料具有耐耐碱性、耐腐蚀性、耐磨损性等优点，但也存在易加工的缺点，这限制了实际应用范围。因此，提高陶瓷材料的强度，增加强度，提高实际应用的可靠性已成为其能否广泛应用的关键。陶瓷材料的韧性可以通过晶须、纤维增韧,颗粒弥散增韧和相变增韧等机理增强。晶须增韧陶瓷基复合材料被认为是能解决高温应用的有效措施,目前该材料已商业化并应用于切削刀具、耐磨零件、宇航和军用器件等。 SiC晶须有“晶须之王”的美称,具有金刚石的结晶结构,分子内存在着牢固的共价键,因而具有耐高温、强度高、弹性模量高、化学稳定性好等特点,成为提高高温结构陶瓷韧性和可靠性的有效途径。碳化硅晶须有多种构型,除了金刚石结晶结构的β型SiCw外,所有其它型体都称为α型。β-SiCw在耐高温、硬度、抗拉强度以及模量等诸方面都比α-SiCw要好得多。 SiC晶须主要用于制备高温工程用增强复合材料,其作为已获得高机械强度复合材料的补强增韧剂的应用,正日益引人注目。如将其作为补强填料加入到陶瓷母相材料中,可制成耐高温和高强的陶瓷基复合材料。 1 料的制备工艺 烧结工艺是SiC晶须增韧陶瓷基复合材料制备工艺中的重要环节之一。目前国内外进行SiC晶须增强陶瓷基复合材料制备中所用到的主要烧结方法有以下几种。 1.1 复合材料的制备 由于SiC晶须是一种非氧化物晶须,化学稳定性好,热膨胀系数与陶瓷基体不尽相同,晶须在烧结时对基体有桥梁作用,因此在高温下很难与陶瓷进行致密的烧结。而对于晶须增强陶瓷基复合材料,高度致密化显得格外重要,因为只有晶须均匀分布于基体中并在材料达到致密的情况下,才能抑制基体晶粒的长大,促进晶粒细化,减少孔隙缺陷,从而有利于复合材料强度的提高。热压烧结可以满足这个要求,它是目前制备SiC晶须增强陶瓷基复合材料最普遍的方法。 高桂英等通过热压烧结成功地制备了高密度的SiCw晶须补强CMAS玻璃陶瓷基复合材料,通过无压烧结,烧结后样品相对密度仅达80%,但是通过热压烧结可制备出相对密度达94.2%的复合材料。邓建新等在1720℃和36MPa的条件下热压烧结制得了Al2O3-TiB2-SiCw复合陶瓷材料,结果表明,SiC晶须在热压后主要分布于与热压方向垂直的平面上,SiC晶须既能提高材料的断裂韧性,又能明显改善材料的耐磨性能。叶枫等采用在氮气气氛下热压烧结制备出致密的SiCw增强BAS玻璃陶瓷基复合材料,结果表明,SiCw的加入对BAS基体有显著的强韧化效果。Zan Qingfeng等在1600℃热压4h得到了致密的SiC晶须增强的Al2O3/Ti3SiC2复合材料,结果表明,添加适当的SiC晶须能显著增强试样的抗弯强度和断裂韧性。S.A.Baldacim等用热压烧结得到了Si3N4-SiCw复合材料,研究结果表明,添加适当的SiC晶须能得到高致密、高断裂韧性的Si3N4-SiCw复合材料。V.Garnier等用热压烧结得到了Al2O3-SiCw复合材料,结果表明,热压烧结可得到超过理论密度99%的Al2O3-SiCw复合材料,当含35vol%的SiC晶须时可显著提高单一相Al2O3材料的断裂韧性和强度。 热压烧结能得到烧结体致密、力学性能良好的复合材料,显示出热压烧结无可比拟的优点,但是热压烧结存在烧结温度高、工艺复杂、设备造价高、不能进行大件制品烧结等缺陷,故在实际生产中应用有限。 1.2 复相陶瓷的压力 热等静压(HIP)工艺具有降低烧结温度、抑制晶粒长大、减少添加剂含量等优点,这主要是由于HIP烧结过程中,作用于样品表面各向均衡的压力,既能促进致密化过程,又能抑制晶粒的长大,因而更有利于改善材料的性能。 董绍明等经一定条件下的HIP烧结,无论是单相还是复相陶瓷均达到了较高的密度,并且经HIP烧结的SiC/SiCw复相陶瓷,强度和韧性可以达到同步改善。 热等静压与热压烧结工艺相比,具有一定程度上降低烧结温度的优点,但存在烧结工艺更加复杂、设备造价更高、不能进行大件制品烧结等缺陷,故在实际生产中应用有限。 1.3 添加烧结助剂 相对热压和热等静压烧结烧结温度高、工艺复杂、设备造价高等缺陷,无压烧结在含有添加剂的情况下具有烧结温度低、工艺简单、设备造价低等优点。 梁波研究了无压烧结和热压烧结对碳化硅晶须增强锆莫来石材料力学性能影响,结果表明,在没有添加烧结助剂的情况下,实现了碳化硅晶须增强锆莫来石复合材料的常压烧结,碳化硅晶须的添加明显提高了锆莫来石材料的力学性能,实现了良好的物理化学匹配。 无压烧结虽然具有烧结温度低、工艺简单、设备造价低等优点,但是在含有烧结助剂的情况下进行烧结会降低材料的力学性能,并且无压烧结很难得到致密的烧结体。 1.4 sic基陶瓷基复合材料的制备 传统的晶须增强陶瓷基复合材料使用烧结助剂来烧结,但是高