反应烧结SiC耐磨材料的研究

论文摘要

常用的耐磨材料有高分子耐磨材料、合金钢耐磨材料、金刚石耐磨材料等，但由于使用温度的限制，使得SiC耐磨材料的耐高温、抗酸碱、价格低廉的特性得到了充分体现，使其有着越来越宽广的应用范围。由于SiC自身的结构特点，通常SiC耐磨材料难于烧结，因此限制其广泛应用。目前SiC陶瓷常用的烧结制备方法有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、反应烧结等。与其它烧结工艺相比，反应烧结具有处理温度低、时间短、可以制备大尺寸、形状复杂的制品等优点而备受关注。从已有的资料中发现研究者对反应烧结碳化硅的发展、成型工艺的控制、烧结机理等方面研究的较多，对烧结工艺对反应烧结碳化硅的影响方面研究较少，而烧结工艺制度对反应烧结碳化硅的结构与性能有很大的影响。本文着重研究熔渗材料的种类、固化工艺、碳化工艺、熔渗工艺、烧结工艺的变化对反应烧结碳化硅的结构与性能的影响。同时利用排水法、布洛维光学硬度计、摩擦磨损试验机、X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪等测试手段对材料的密度、硬度、摩擦系数、显微结构、主晶相等进行分析和表征。结果表明：在40℃保温8～12h→50℃保温6h→60℃保温8～12h→70℃保温6h→90℃保温6h→110℃保温8～12h→130℃保温6h→150℃保温6h→170℃保温8～12h这样的固化曲线下，热缩型酚醛树脂固化充分，坯体形状无变形。在800℃碳化后，素坯可以形成联通的气孔，素坯吸水率高，有利于后期硅及硅合金材料的熔渗。金属硅在1430℃保温3h，取得最大的流动性为267%，润湿角为0°。硅铁合金在1470℃保温3h取得最大的流动性为198%，润湿角为6°，而硅铝合金的烧失率超过40%，不适宜作为熔渗材料。在1430℃保温3h熔渗硅，再在1550℃保温2h反应烧结碳化硅在一定的实验条件下可以获得最大体积密度为2.766g/cm3，最高的硬度为2917.67hv，耐磨性能优异的制品；在1470℃保温3h熔渗硅铁合金，再在1550℃保温2h反应烧结碳化硅在一定的实验条件下可以获得最大体积密度为2.94g/cm3，最高的硬度为3054.33hv，耐磨性能优异的制品。通过对显微结构进行分析，熔渗的金属硅或硅合金充分熔渗到了素坯结构中的玻璃碳表面并与之发生反应生成了新的碳化硅相，新的碳化硅又与原生的碳化硅结合形成致密的碳化硅烧结体。本文仅探讨了工艺制度和熔渗材料的种类对烧结碳化硅的性能影响，如需制备更加致密的碳化硅，还需要对工艺配方等方面进行进一步的优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 常用耐磨材料特点及应用现状
• 1.2 碳化硅耐磨材料的结构与性能
• 1.3 碳化硅耐磨材料的应用
• 1.4 碳化硅烧结工艺及特点
• 1.4.1 无压烧结
• 1.4.2 热压烧结
• 1.4.3 热等静压烧结
• 1.4.4 其它制备方法
• 1.5 反应烧结碳化硅工艺及研究进展
• 1.5.1 反应烧结碳化硅的基本原理、过程、类型和特点
• 1.5.2 传统反应烧结工艺
• 1.5.3 反应烧结工艺新进展
• 1.6 反应烧结碳化硅烧结机理
• 1.6.1 扩散控制机理
• 1.6.2 溶解-沉淀机理
• 1.6.3 界面控制机理
• 1.7 课题研究内容及拟解决的关键问题
• 1.7.1 研究内容
• 1.7.2 课题拟解决的问题
• 1.8 拟采取的研究方案、方法和技术路线
• 1.8.1 拟采用的研究方案如下
• 1.8.2 拟采用的研究方法和技术路线如下
• 第二章 实验与测试
• 2.1 实验原料与设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验过程
• 2.3 材料的性能测试
• 2.3.1 体积密度和开口气孔率的测定
• 2.3.2 高温流动性的测定
• 2.3.3 维氏硬度的测定
• 2.3.4 摩擦磨损的测定
• 2.3.5 显微结构的测试及成分分析
• 第三章 固化工艺与碳化工艺的确定
• 3.1 配方的初步设定
• 3.2 固化制度对素坯形状的影响
• 3.3 碳化制度的确定
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 性能测试
• 3.3.3 碳化温度对素坯吸水率的影响
• 3.3.4 碳化温度对素坯气孔率的影响
• 3.3.5 碳化温度对熔渗硅反应烧结碳化硅的体积密度和开口气孔率的影响
• 3.3.6 碳化温度对熔渗硅反应烧结碳化硅的维氏硬度和磨损量的影响
• 3.3.7 碳化温度对熔渗硅反应烧结碳化硅的摩擦系数的影响分析
• 3.3.8 碳化温度对熔渗硅反应烧结碳化硅的显微结构的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 硅及硅合金对反应烧结碳化硅的性能影响
• 4.1 实验过程
• 4.1.1 试样的制备
• 4.1.2 性能测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 不同热工制度下硅及硅合金性能
• 4.2.2 熔渗温度对熔渗硅及硅铁合金反应烧结碳化硅耐磨材料的性能的影响
• 4.2.3 保温时间对熔渗硅及硅铁合金反应烧结碳化硅耐磨材料的性能的影响
• 4.2.4 熔渗硅及硅合金反应烧结碳化硅的显微结构分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 工艺制度对反应烧结碳化硅的性能影响
• 5.1 实验
• 5.1.1 实验原料
• 5.1.2 试样的制备
• 5.1.3 性能测试
• 5.2 实验结果与讨论
• 5.2.1 熔渗工艺对熔渗硅反应烧结碳化硅耐磨材料的性能影响
• 5.2.2 烧成工艺对熔渗硅反应烧结碳化硅耐磨材料的性能影响
• 5.2.3 工艺制度对熔渗硅反应烧结碳化硅耐磨材料的显微结构分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历