粗SiC颗粒对再结晶碳化硅陶瓷抗热震性能的影响

研究了粗碳化硅(SiC)颗粒的加入对再结晶碳化硅陶瓷(R-SiC)抗热震性能的影响;通过不同温度下热震(水淬试验)后测试不同配方陶瓷的残余强度来评价其抗热震性能,并测试了R-SiC陶瓷在30～1200℃的平均线膨胀系数,通过SEM分析了材料的显微结构及热震损伤机制。结果表明:随着粗SiC颗粒(250μm)含量的提高,R-SiC陶瓷的密度、临界热震温差均先升后降;含有50%250μm SiC颗粒陶瓷的密度最大,为2.60 g·cm^(-3),线膨胀系数最小,为4.60×10^(-6)/℃,抗热震性能最好,其临界热震温差达395℃;250μm SiC颗粒的引入使得R-SiC在热震过程中产生大量的微裂纹,能够迅速吸收存储在材料中的弹性应变能,从而提高其抗热震性能。

先驱体浸渍-裂解法制备高密度再结晶碳化硅

分别采用聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)/二甲苯(xylene)溶液和SiC/PCS/xylene浆料浸渍-裂解(precursor impregnation and pyrolysis,PIP)法制备高密度再结晶碳化硅(recrystallized SiC,RSiC)。测量了RSiC的体积密度和抗弯强度。用扫描电镜观察了RSiC样品的显微结构。结果表明:采用PCS/xylene溶液浸渍的裂解产物均匀分布在RSiC的孔隙中,经6次PIP循环后,RSiC的密度从2.74g/cm3提高到约2.90g/cm3,抗弯强度与初始样品相比提高了28.1%。采用SiC/PCS/xylene浆料浸渍后的产物在基体中呈梯度分布,基体表层孔隙填充致密,有利于提高RSiC的抗氧化能力。仅3次PIP循环后,RSiC的密度就可达2.90g/cm3,抗弯强度也可提高37.0%。

高温氧化对再结晶碳化硅陶瓷断裂强度的影响

研究了在1500℃空气中的高温氧化对再结晶碳化硅(recrystallized silicon carbide,RSiC)陶瓷断裂强度的影响。用X射线衍射仪、扫描电镜分析了RSiC样品氧化后表面的物相组成及显微结构。结果表明:在1500℃下RSiC陶瓷的氧化质量增加遵循抛物线规律,氧化速率常数为3.77×10-5g2/(cm4·h1),其线性相关系数r2为0.998。RSiC陶瓷的室温抗弯强度随氧化时间增加呈现出先升后降的变化趋势,当氧化21h时,材料的室温抗弯强度最高,达到87MPa。氧化初期由于样品表面生成致密的非晶态SiO2,对样品表面的缺陷起到了钝化作用,导致材料室温断裂强度升高;氧化后期由于非晶态SiO2膜的析晶而产生裂纹以及循环氧化导致裂纹扩展,从而使材料的断裂强度降低。

再结晶碳化硅及其复合材料的研究进展与应用

再结晶碳化硅(RSiC)是不含烧结助剂、经蒸发-凝聚传质机制得到的高纯碳化硅陶瓷,一直以来是高温领域的一种重要结构材料,然而伴随其烧结机制产生的低致密度、多孔性等问题制约了其更广泛的应用.本文围绕RSiC多孔且孔隙相互连通的结构特征,结合碳化硅的耐高温、耐腐蚀、抗热震等诸多优异性能,阐述了前驱体浸渍-裂解法与再结晶法相结合增密RSiC的原理和技术,介绍了RSiC的多孔化应用开发和评价,综述了熔渗法制备RSiC结构-功能一体化复合材料的进展,并对RSiC及其复合材料在新能源、环保、电子等领域的新应用进行了简要介绍.

MoSi_2–再结晶SiC复合材料的高温抗氧化性能及氧化机理

在SiC粉中添加MoSi2粉,采用模压成型、无压烧成方法制备MoSi2–再结晶SiC(RSiC)复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和等温氧化法研究复合材料的高温抗氧化性能及氧化机理。结果表明,所得复合材料中SiC为6H型,部分MoSi2转变为六方结构Mo4.8Si3C0.6,添加MoSi2前后样品的氧化产物均为方石英,样品表面生成的氧化膜形貌相似。氧化过程中样品质量变化与时间关系遵循抛物线规律,随MoSi2添加量增加,复合材料的抗氧化性能显著提高,其中,添加20%(质量分数)MoSi2所得复合材料在1500℃循环氧化100h后质量增加量仅为未添加MoSi2样品的37%。当MoSi2添加量为10%时,复合材料的抗氧化性能随样品烧成温度的升高先提高后降低,2 300℃烧成所得材料有较好的高温抗氧化性能,其氧化速率常数为0.99mg2/(cm4.h)。在氧化初始阶段,Mo4.8Si3C0.6和MoSi2首先发生氧化反应,随氧化时间增加,Mo4.8Si3C0.6和MoSi2消耗殆尽,此后的氧化则主要为Mo5Si3和SiC的氧化。SiO2膜的致密性和膜厚度与膜中Mo5Si3的含量有关。

熔渗温度对MoSi_2(Cr_5Si_3)-RSiC复合材料显微结构和性能的影响

以RSiC为基体,通过酚醛树脂浸渍裂解(PF-PIP)和MoSi2-Si-Cr合金活化熔渗(AMMI)复合工艺制备具有三维互穿网络结构的MoSi2(Cr5Si3)-RSiC复合材料。借助于X射线衍射、扫描电子显微镜、力学性能和电阻率测试等研究了熔渗温度对复合材料组成、显微结构、力学性能和导电性能的影响。采用改进型混合规则探讨了复合材料互穿网络结构和界面结合性对其导电方式的影响。结果表明:不同温度所制备的复合材料主要组成均为SiC、MoSi2和Cr5Si3;随着熔渗温度的升高,复合材料气孔率和体积电阻率下降,密度、抗弯强度和弹性模量提高。当熔渗温度为1 900℃时,复合材料的气孔率、密度、抗弯强度、弹性模量和体积电阻率分别为1.4%、3.5g/cm3、99.2MPa、313.60GPa和124.2mΩ·cm。当熔渗温度较低时(1 700℃),复合材料的导电方式与颗粒增强复合材料的导电方式接近,随温度升高,复合材料的导电方式与传统复合材料的导电方式差别增大。