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多孔碳坯的室温冷凝浇注成型工艺及反应烧结体性能研究

胡传奇  
【摘要】:室温冷凝浇注成型工艺和传统的水基冷冻干燥成型工艺相比具有操作简单、无需专门的冷冻设备等优点。本文采用全碳原料,通过室温冷凝浇注成型工艺制备出多孔碳坯体,再经过液相渗硅,制备出致密均匀、高强度的反应生成碳化硅。为此研究了莰烯基全碳料浆的制备工艺、多孔碳坯的浇注成型工艺、多孔碳坯与反应烧结体的显微结构与性能。主要研究结果如下: 1.研究了碳源、分散剂种类及剂量、固相含量、添加剂量对莰烯基全碳料浆流变性能的影响。研究表明:采用改性聚酯类CH系列分散剂时,木炭粉、N990炭黑等在莰烯中的分散性能良好,但木炭粉的反应烧结性能更好,故采用木炭粉作为碳源;CH5适合作为木炭粉在莰烯中分散的分散剂,在分散牌号为CB1500木炭粉时,其合适加入量为3wt%;料浆黏度随固相含量的增加而增加,且料浆有由牛顿流体向宾汉流体转变的趋势;粘结剂聚苯乙烯的加入会提高料浆的黏度;造孔剂木质纤维素添加量的增加会使料浆由宾汉流体向胀流型流体转变。 2.研究了室温浇注成型、室温辅助振动浇注成型、低温浇注成型工艺对多孔碳坯线性收缩率、结构均匀性的影响,考察了在一稳定室内环境中多孔碳坯的升华干燥规律。研究表明:低温浇注成型碳坯的线性收缩率最大;素烧产生的线性收缩是碳坯尺寸变化的主要原因;室温浇注成型的碳坯在升华干燥过程中容易产生环状裂纹;室温下辅助振动浇注成型使莰烯的树枝状结晶充分长大,形成粗大的圆柱状孔;低温浇注成型的碳坯的孔尺寸更小,具有较好的结构均匀性;碳坯在稳定室内环境中的升华干燥时的相对质量-时间曲线符合指数函数。 3.研究了多孔碳坯体的孔隙结构、反应烧结体的显微结构与力学性能。研究表明:多孔碳坯内存在圆柱状孔和尺寸较小的孔,反应烧结性能差,反应烧结体存在宏观缺陷;木质纤维素的添加能显著改善多孔碳坯的结构均匀性,提高多孔碳坯的反应烧结性能。当木炭粉含量为40vol%时,随着木质纤维素量的增加,反应烧结体强度离散性降低;当m木质纤维素:m木炭粉=10wt%时,随着固相含量的提高,反应烧结体的强度离散性降低。优化工艺后制备出的反应生成碳化硅的密度、平均抗弯强度、韦伯模数、维氏硬度分别为2.96g/cm~3、429.02MPa、13.27、27.52GPa。


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