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原位合成莫来石晶须结合SiC泡沫陶瓷的制备

徐飞  
【摘要】: 碳化硅泡沫陶瓷广泛应用于高温过滤领域。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,其高温性能往往达不到使用的要求,使其应用领域受到了限制。本文采用有机泡沫浸渍法及原位合成法制备原位生长莫来石晶须增强碳化硅泡沫陶瓷。应用XMD、SEM、力学测试等手段分析研究了不同工艺参数对莫来石晶须、复合浆料以及复相泡沫陶瓷的性能、物相、微观结构等的影响。 研究了莫来石晶须的制备工艺,分别采用氢氧化铝、氧化铝为铝质原料与高岭土反应形成莫来石相,研究了五氧化二钒、氟化铝的加入量对莫来石晶须长径比的影响。结果表明,采用氢氧化铝与高岭土、3.5%的氟化铝、4%的五氧化二钒,在烧成温度1400℃保温2h,可以得到形貌均匀,直径为0.3~0.5μm,长径比约为10~30的莫来石晶须;采用氧化铝为铝质原料与高岭土、3.5%的氟化铝、4.5%的五氧化二钒,在烧成温度1450℃保温2h,可以得到形貌均匀,直径约为0.5~μm,长径比约为8~30的莫来石晶须。 研究了添加剂、pH值对浸渍用的复合浆料性能的影响。研究表明,复合浆料中加入质量分数为0.4%的分散剂四甲基氢氧化铵(TMAH)、质量分数为0.1%消泡剂B199时获得的浆料性能最优;在pH=10时,Zeta电位的绝对值达到44.6mV;制备出固相含量高达80%、均匀稳定、流变性良好的有利于浸渍的复合浆料。 实验证明,采用原位生长莫来石晶须能有效增强碳化硅泡沫陶瓷的性能,原位生成莫来石晶须增强碳化硅泡沫陶瓷主要由碳化硅、莫来石晶须、结合相组成。各相结合紧密,莫来石晶须分布均匀,形成网络结构;当莫来石相含量为25%时,以氧化铝制备的莫来石晶须结合碳化硅泡沫陶瓷抗压强度最高达到2.1MPa,气孔率为23.1%,最大抗热震性能达到21次;以氢氧化铝制备的莫来石晶须结合碳化硅泡沫陶瓷抗压强度最高达到1.76MPa,气孔率为24.7%,最大抗热震性能达到16次。在莫来石晶须增强碳化硅泡沫陶瓷复合材料中,莫来石晶须的增强机制主要是载荷传递、裂纹偏转与晶须桥连。


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