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反应烧结氮化硅结合碳化硅是在窑具、冶金等行业中广泛使用的优质耐火材料之一,本论文针对反应烧结氮化硅结合碳化硅陶瓷坩埚、升液管等的成型,通过颗粒级配和等静压成型提高SiC/Si坯体的体积密度,从而提高材料烧结后的体积密度,降低材料的气孔率。主要研究内容和结果如下: 1.研究了只有粗细两种主要尺寸的SiC体系的级配,细颗粒的平均粒径为0.1~0.4mm,粗颗粒平均粒径为0.5~1.2mm。粗颗粒的含量在60%~70%左右时,体系的自由堆积密度较大;当粗细颗粒的尺寸比例大于3时,有较为明显的级配效果;体系的最大自由堆积密度随着粗颗粒粒径的增大而提高。 2.对有多种颗粒尺寸的SiC体系,应用Dennis R.Dinger对颗粒堆积现象的数值模拟结论指导实验,体系中粗颗粒(12目、24目和46目)的含量约占70%时堆积相对致密,自由堆积、预压和等静压后的相对密度分别可以达到54%、69%和70%。 3.对SiC/Si颗粒体系,由于硅细粉的含量较多,减弱了颗粒级配的效果,改变不同粒径SiC的含量对粉料的自由堆积密度、预压密度以及等静压密度影响不大;SiC颗粒中粗(12目、24目和46目)细(90目和180目)颗粒的含量比约为6:4时,SiC/Si体系的堆积相对致密:硅粉含量为25%的粉料经等静压后,坯体的体积密度相对干压的体积密度可提高5%左右,相对密度可达76%。 4.对烧结后试样的X衍射分析和扫描电镜分析表明,反应烧结氮化硅结合碳化硅材料的微观特征是SiC大颗粒被SiC细颗粒和反应生成的Si3N4所组成的基质部分包围,形成较强的机械结合。 5.用径向基函数神经网络模型对实验结果进行拟合和预测,得到基函数的宽度为0.555,隐层神经元的个数为21,训练集的拟合误差为0.22%,监控集的拟合误差为3.58%。此网络可以对SiC/Si颗粒体系在一定压力下(如60MPa)的体积密度做出较为准确的预测,预测值和测量值的误差不大于±2%;但对SiC/Si颗粒体系在自由堆积状态下的体积密度的预测误差较大,主要原因是该参数测量的系统误差较大。 6.SiC及Si颗粒的形状是影响体系堆积的一个重要的因素,对SiC颗粒二维轮廓的分形维数分析表明,其分形维数D约为1.07,表面粗糙度不大,表面结构也不复杂,因而SiC颗粒的表面形貌对体系堆积的影响不会很大。若要考虑SiC颗粒宏观形状对堆积的影响,则需对其作分数谐函数分析,表征颗粒宏观形状的主要特征。