碳化硼—铝复合材料注凝成型研究

论文摘要

碳化硼是一种重要的特种陶瓷材料,具有低密度（2.52g/cm3）、高熔点（2450℃）等优异的物理化学性能。但由于其烧结温度过高、难以致密化及韧性低等缺点,限制了它的应用。铝是一种具有低密度、高韧性和低熔点的金属材料。而碳化硼-铝复合材料具有低密度、高的韧性并已得到广泛的应用。注凝成型是一种将胶体化学、陶瓷制备技术及高分子化学结合的原位成型方法,它主要是利用陶瓷浆料中有机单体在一定条件下发生聚合反应,使陶瓷浆料固化成型。它可用于制备形状复杂、高均匀性以及高可靠性的陶瓷材料。本文采用注凝成型工艺制备碳化硼-铝复合材料,研究了溶剂、分散剂种类及其含量、固相含量、B4C-Al之间的配比和有机单体对浆料粘度的影响,制备出了高固相含量和低粘度浆料;研究了有机单体之间配比、引发剂的用量、B4C-Al之间的配比、不同的固相含量和真空处理对素坯抗弯强度的影响,制备出了高强度、微观结构均匀的素坯;研究了素坯的干燥和烧结。主要研究结果如下:（1）以有机溶剂正丁醇和正辛醇作为分散介质,以CH-10S和Tilo-20100作为分散剂来分散碳化硼-铝复合粉体时,都取得良好的分散效果,浆料的粘度均在1000mPa.s以下,浆料的固相含量可达55vol%能够满足注凝成型的要求。（2）随着引发剂加入量的增加,浆料的聚合时间迅速缩短;当引发剂的用量占总浆料的3vol%和TMPTA/（TMPTA+HDODA）为10时;素坯的抗弯强度最高;浆料固相含量越高,素坯的抗弯强度越高,其体积密度也越高;真空脱气处理可以有效提高素坯的抗弯强度;素坯的断口显微形貌表明颗粒堆积致密,而且颗粒均匀分散,颗粒与颗粒之间以聚合物网络连接。（3）素坯掩埋于松散的碳化硼粉中,150℃干燥5小时,该方法干燥素坯不仅能够完全除去素坯中的有机溶剂,还可以防止素坯的开裂和变形。干燥的素坯经1300℃保温1h得到复合材料的烧结体,SEM观察发现烧结体结构均匀,但是还有一些气孔。经XRD发现,在烧结体中主要物相为B4C、Al4C3和Al3BC。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 碳化硼材料的基本概况
• 1.1.1 碳化硼的晶体结构
• 1.1.2 碳化硼材料的性能和应用
• 1.1.3 碳化硼材料的韧化
• 1.1.4 碳化硼材料的致密化
• 1.2 注凝成型工艺及其特点
• 1.2.1 注凝成型工艺简介
• 1.2.2 注凝成型工艺特点
• 1.2.3 注凝成型的关键工艺
• 1.2.4 粉体分散机理
• 1.2.5 浆料特性
• 1.3 研究的目的、意义
• 2 研究过程及研究方法
• 2.1 实验原料及生产厂家
• 2.2 主要实验设备
• 2.3 主要研究内容
• 2.4 性能测试
• 2.5 注凝成型工艺流程
• 3 浆料制备及影响因素
• 4C 粉体表面预处理'>3.1 B₄C 粉体表面预处理
• 3.2 分散介质的选择
• 3.3 有机溶剂的选择
• 3.4 分散剂的选择
• 4C-Al 复合粉体的分散'>3.5 V₄C-Al 复合粉体的分散
• 4C-Al 复合粉体'>3.5.1 在正丁醇中分散V₄C-Al 复合粉体
• 4C-Al 复合粉体'>3.5.2 在正辛醇中分散V₄C-Al 复合粉体
• 3.6 本章小结
• 4 浆料固化
• 4.1 有机聚合体系的选择
• 4.2 有机单体之间配比对素坯抗弯强度的影响
• 4.3 引发剂用量对聚合时间、素坯抗弯强度的影响
• 4C 与Al 之间配比对素坯抗弯抗弯强度的影响'>4.4 B₄C 与Al 之间配比对素坯抗弯抗弯强度的影响
• 4.5 固相含量对素坯的体积密度、抗弯强度的影响
• 4.6 真空处理对素坯抗弯强度的影响
• 4.7 素坯显微结构分析
• 4.8 本章小结
• 5 素坯干燥与烧结
• 5.1 素坯干燥
• 5.2 素坯烧结
• 5.2.1 烧结制度对烧结体的体积密度的影响
• 5.2.2 烧结体断口形貌显微分析
• 5.2.3 烧结体的物相分析
• 5.3 结论
• 6 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 有待进一步解决的问题
• 参考文献
• 附录：个人简介及在攻读硕士期间发表的论文及研究成果
• 致谢