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泡沫陶瓷具有80%~90%气孔率和高贯通性的三维网状结构,常用于金属熔体的过滤。目前,国内碳化硅泡沫陶瓷制品普遍存在强度低、产品性能不稳定等缺点,制约了碳化硅泡沫陶瓷的应用范围。因此改进碳化硅泡沫陶瓷的性能,研究增强泡沫陶瓷的方法,提高其使用寿命,拓展其应用领域是非常必要的。
本研究采用有机泡沫浸渍法制备莫来石结合碳化硅泡沫陶瓷、纤维增强莫来石/碳化硅复合泡沫陶瓷、颗粒级配增强莫来石/碳化硅泡沫陶瓷。应用XRD、SEM等手段分析研究了莫来石结合相含量、莫来石纤维加入量和颗粒级配等工艺参数对复合浆料以及泡沫陶瓷的性能、物相、微观结构,抗热震性能的影响。
研究表明,氢氧化铝和白炭黑以理论配比,在1380℃下制得转化率很高的莫宋石材料,随着莫来石含量的增加,试样的抗折强度先增大再减小,在莫来石含量为25 wt%时,试样强度达到最大值36.0MPa:莫来石纤维的加入能提高莫来石/碳化硅复合材料的抗折强度,当加入量达到15wt%时,试样的抗折强度在1380℃时达到最大值43.7MPa:采用级配的碳化硅粉能提高陶瓷的强度,其中以1.2μm、10μm、44μm三级配制备的试样在1380℃温度下烧结其抗折强度可达到25.2MPa。
以丙烯酸铵为分散剂,采用WD-60改性后的1.2μm碳化硅粉能提高级配料浆的固相含量。在pH=11时,莫来石纤维加入量为15 wt%时,料浆的粘度最小,浆料的流变性最好。
显微结构分析表明,颗粒级配能提高泡沫陶瓷孔筋的致密度,降低碳化硅颗粒界面氧化的程度,提高了材料的抗热震性能;三级配制备的泡沫陶瓷的抗热震次数可达到14:一定含量的莫来石纤维能提高莫来石/碳化硅泡沫陶瓷的抗热震性,莫来石纤维的加入量为15wt%时,抗热震次数达到最大为16次,纤维在复合材料中通过微裂纹增韧,纤维拔出、纤维断裂进行应力传递转移来提高复合材料的抗热震性能。