论文摘要
碳化硅陶瓷（SiC）具有高熔点、高硬度、高弹性模量、低热膨胀系数,广泛应用于高温部件、轴承以及抗腐蚀材料等方面。制备SiC陶瓷的传统方法是以SiC粉为原料,加入氧化物烧结助剂,通过高温液相烧结,热压或热等静压（HIP）烧结。该方法需高烧结温度、热压、等静压制备技术,同时引入烧结助剂会降低陶瓷高温性能。前驱体路径是制备陶瓷的一种新方法,其过程为对前驱体进行交联、成型,在～1000°C惰性气氛中热解。与传统液相烧结获得的多晶体陶瓷结构不同,在800～1000°C热解获得的前驱体陶瓷为无定形态结构,材料具有高温性能。目前大部分研究集中于制备SiCN三元系统,但是SiCN在高温处理条件下氮会脱出,导致材料分解,因此研究在无需烧结助剂的条件下通过前驱体路径常压制备二元相SiC陶瓷十分重要。本工作采用聚碳硅烷（PCS）作为前驱体,对其交联、成型、热解成功地制备出三维致密SiC陶瓷。研究表明:对PCS进行预氧化处理（即交联处理）是获得致密陶瓷的关键。经预氧化处理的PCS经成型、热解形成致密SiC陶瓷体,而未经预氧化的PCS经成型、热解后形成发泡体。同时,热成型中升温和加压的顺序也显著影响成型交联体的键联质量,进而影响着热解陶瓷体的键联质量。在最佳预氧化和热成型条件下获得的SiC陶瓷密度达2.20 g/cm3,相对于前驱体SiOC陶瓷体的理论密度2.3 g/cm3,相对密度达96%,表明形成的陶瓷接近完全致密。扫描电子显微镜（SEM）观察陶瓷体断面致密,但存有～2μm的气孔。X射线衍射（XRD）分析表明热解陶瓷为无定形结构,所制备的陶瓷体的维氏硬度达1982 kg/mm2。非晶SiC陶瓷体经1300°C加热处理5 h形成晶粒度为5 nm的纳米相β-SiC,该纳米相SiC陶瓷的硬度达到2316 kg/mm2。为探讨激光烧结前驱体陶瓷可行性,用激光对热压PCS坯体、热压Ceraset（商业前驱体,Kion公司）坯体、含氢聚硅氧烷（HPSO）与四甲基四乙烯基环四硅氧烷（D4Vi）按1:1配比成型凝胶体,以及加入第三相聚二甲基硅氧烷（PDMS）后成型的凝胶体进行选择性烧结。傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析烧结产物为SiC、SiCN和SiOC陶瓷。SEM观察产物微结构。光学显微镜观察1400°C体热解SiCN陶瓷在激光处理过程后的结构。