AlN-SiC复合陶瓷的力学与抗侵蚀性能

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ycf0319
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随着熔炼行业的不断发展,工业上对电解槽侧壁材料提出了不断增加的新的要求,因此各种具有特殊结构性能的特种陶瓷材料逐渐被引入到此行业当中。本文通过热压烧结方法制备AlN-SiC复合陶瓷,研究了加入不同含量SiC及助烧剂(Al2O3+Y2O3)的引入的对比对复合陶瓷组织及力学性能以及抗腐蚀性能的影响。加入助烧剂(Al2O3+Y2O3)后,相对于无助烧剂的体系,在相对较低的温度下,得到的复合陶瓷的致密度明显提高。对于两个体系,当SiC和AlN的质量比为3:7时,复合陶瓷时致密度最大。其中,SA3的致密高达99.7%,几乎接近完全致密。组织分布比较均匀,无团聚和异常长大现象。在背散射条件下烧结后的复合陶瓷主要分为白色、深灰色和灰色三种区域。通过透射电镜观察发现在较大的AlN晶粒周围,AlN和SiC较好的形成了固溶体。加入助烧剂之后,晶间相分布在三角晶界处。在单个的AlN晶粒内部发现了较多的层错和位错,对于提高材料的强度具有一定的作用。随着SiC含量的增加,复合陶瓷的固溶度增加,分别为60.9%和70.7%。有助烧剂的体系的固溶度明显高于无助烧剂体系。AlN和SiC形成固溶体之后AlN的晶格常数变大。无助烧剂体系的复合陶瓷,随着SiC含量的增加,抗弯强度和断裂韧性呈增大趋势,最大值分别为483.3MPa和4.7MPa·m1/2;弹性模量和维氏硬度先增大后减小,最大值分别为281GPa和12.8GPa。加入助烧剂(Al2O3+Y2O3)之后,抗弯强度随SiC含量增加而增大,弹性模量、断裂韧性和维氏硬度都呈现先增大后减小的趋势。加入助烧剂后材料的综合力学性能提高。断口形貌复杂,穿晶断裂后的晶粒断面上出现明显的台阶和河流花样。随着保温时间的延长,复合陶瓷单位面积的质量呈现抛物线的变化规律。保温5小时出现少量得减小,延长到10小时后出现增加,15小时后生成物与基体剥离,质量减小。随着SiC含量的增加,反应层明显增厚。保温15小时后,S2、S3、S4反应层最大分别为60μm、120μm、200μm左右。SA2、SA3、SA4的最大反应层分别为80μm、150μm、250μm左右。相对于无助烧剂体系,加入助烧剂之后,反应层明显增加。冰晶石与基体材料产生的霞石具有较高的粘度,能够有效的阻止冰晶石熔体扩散的进行。
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