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SiCw/Al<,2>O<,2>复相陶瓷其力学性能较单相Al<,2>O<,3>陶瓷有成倍提高,并具有高的硬度、良好的耐磨性及化学稳定性等优点,可作为很好的高温结构材料,使其受到普遍关注。SiCw的引入对Al<,2>O<,3>相的断裂韧性、抗弯强度和抗热震性等方面有明显提高,成为当今世界上研究比较多的陶瓷材料之一。
本文分别以天然矿物高岭土/碳黑和高岭土有机插层复合物为原料,采用高温碳热还原合成技术,合成制备了Al<,2>O<,3>/SiCw复相陶瓷粉末,进一步采用热压烧结技术,高温烧结出复合材料。避免了颗粒的界面污染,改善了界面的结合性,获得了性能优良的Al<,2>O<,3>/SiCw复合材料。探索了一条低成本合成高性能Al<,2>O<,3>/SiCw复合材料的新途径。
对反应的热力学过程进行了理论分析,结合反应动力学、材料的物相和微观结构分析,探讨了最终结构的形成的机理:SiO<,2>与C的固相反应,先形成SiO气相。随着体系中的CO和SiO气相的增多,体系中一部分SiO气相以碳为晶核,SiO气相包裹C颗粒,形成SiC颗粒,属于气固反应。另一部分的SiO气相与CO经过气相反应沉积。以SiC纳米级颗粒为晶核在(111)晶面上的择优生长逐渐形成晶须状产物。高温下莫来石被碳还原的过程也是先产生SiO气相,最终形成SiC晶须包覆Al<,2>O<,3>颗粒的复合结构。
通过对Al<,2>O<,3>/SiCw复相陶瓷粉末在热压烧结过程中的分析,采用现代测试技术,探索了Al<,2>O<,3>/SiCw复相陶瓷粉末烧结的最佳温度和较好的烧结助剂。结果表明,在1750℃和添加氧化钇5wt%、氧化铝微粉5wt%添加剂下,相对密度达98.2%,抗弯强度为345.69MPa,得到了结构性能较好的复合材料。