碳化硅包覆工艺与氧化动力学的研究

论文摘要

本文分别以硅微粉和硅溶胶引入SiO2包覆SiC粉体,进行SiC粉体的抗氧化性实验,并研究了包覆SiC粉体抗氧化动力学行为。在SiO2包覆SiC粉体抗氧化性实验中,分别考察了矿化剂、SiO2引入量、包覆次数、烧成等因素对包覆效果和红外辐射性能的影响,综合运用氧化增重原理、X射线衍射分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、红外辐射测量仪等测试手段对包覆SiC后的抗氧化性、物相组成、红外透过性和辐射性能进行了表征。在包覆SiC粉体抗氧化动力学实验中,考察了不同温度下、36h循环氧化对SiC包覆效果和辐射性能的影响,并建立起硅微粉和硅溶胶包覆SiC,以及纯SiC的氧化动力学方程,最后利用Arrhenius关系式得出相应的氧化活化能。研究发现,在1300℃氧化4h条件下,不论SiO2以硅微粉或硅溶胶形式引入,均有较好的包覆效果,在1300℃都转化成方石英,且不加矿化剂时的包覆效果更好,方石英晶形发育更趋完整。从硅微粉和硅溶胶包覆效果对比来看,硅溶胶稍优于硅微粉。两种包覆方法均有提高纯SiC辐射率的作用,且硅溶胶包覆SiC的辐射率值稍高于硅微粉包覆的试样。实验表明,1300℃下硅微粉和硅溶胶包覆SiC循环氧化增重曲线分别遵循如下指数形式的数学模型: y = 3.7759(1-10-0. 0316t)、y = 3.698(1-10-0. 0228t)。而1300℃下纯SiC的循环氧化增重曲线则遵循幂函数形式的数学模型: y = 1.2766t0.3649。利用Arrhenius方程探讨了氧化反应速率常数k与氧化温度T的关系式,并计算得到硅微粉包覆SiC、硅溶胶包覆SiC和纯SiC的氧化活化能分别为41822.7456J/mol,44366.8296J/mol,36321.3718J/mol。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 2 文献综述
• 2.1 碳化硅的结构和基本性质
• 2.1.1 碳化硅的结构
• 2.1.2 碳化硅的基本性质
• 2.2 碳化硅的红外辐射性能
• 2.2.1 红外辐射的基本规律
• 2.2.2 基尔霍夫定律
• 2.2.3 碳化硅的红外辐射性能
• 2.3 碳化硅的制备方法
• 2.3.1 化合法
• 2.3.2 碳热还原法
• 2.3.3 气相沉积法
• 2.4 SiC材料的应用
• 2.4.1 传统SiC 材料的应用
• 2.4.2 新型SiC 材料的应用
• 2.5 SiC的氧化机理
• 2.5.1 SiC的钝性氧化
• 2.5.2 SiC的活性氧化
• 2.6 SiC氧化动力学过程的研究进展
• 2.7 提高SiC 材料抗氧化性的方法与研究进展
• 2.7.1 添加抗氧化剂
• 2.7.2 自修复（自愈合）抗氧化
• 2.7.3 抗氧化涂层
• 2.8 硅微粉和硅溶胶
• 2.8.1 硅微粉
• 2.8.2 硅溶胶
• 2.9 本课题的研究目的与意义
• 2 包覆 SiC 粉体抗氧化性的研究'>3 Si0₂ 包覆 SiC 粉体抗氧化性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料
• 3.3 实验主要仪器设备
• 3.4 性能测试方法
• 3.4.1 抗氧化能力的测试
• 3.4.2 红外辐射率的测试
• 3.4.3 X 射线衍射分析（XRD）
• 3.4.4 傅立叶变换红外光谱测试（FT-IR）
• 3.5 实验方法
• 3.5.1 包覆处理
• 3.5.2 实验工艺流程
• 3.6 硅微粉包覆SiC 抗氧化实验
• 3.6.1 矿化剂的初步选择
• 3.6.2 矿化剂种类和引入量的选择
• 3.6.3 硅微粉不同细度的选择
• 3.6.4 硅微粉不同引入量的选择
• 3.6.5 省去烧成与否对硅微粉包覆效果的影响
• 3.7 硅溶胶包覆SiC 抗氧化实验
• 3.7.1 矿化剂的选择
• 2 量的影响'>3.7.2 引入Si0₂量的影响
• 3.7.3 包覆次数的影响
• 3.7.4 是否省去干燥制度与烧成对硅溶胶包覆效果的影响
• 3.8 硅微粉包覆实验的结果分析与讨论
• 3.8.1 矿化剂的初步选择对硅微粉包覆效果的影响
• 3.8.2 矿化剂种类和引入量的选择对硅微粉包覆效果的影响
• 3.8.3 硅微粉不同细度对包覆效果的影响
• 3.8.4 硅微粉不同引入量对包覆效果的影响
• 3.8.5 省去烧成与否对硅微粉包覆效果的影响
• 3.9 硅溶胶包覆实验的结果分析与讨论
• 3.9.1 矿化剂对硅溶胶包覆效果的影响
• 2 引入量对硅溶胶包覆效果的影响'>3.9.2 Si0₂引入量对硅溶胶包覆效果的影响
• 3.9.3 包覆次数对硅溶胶包覆效果的影响
• 3.9.4 是否省去干燥制度与烧成对硅溶胶包覆效果的影响
• 3.10 硅微粉和硅溶胶包覆处理的比较
• 3.11 本章小结
• 4 包覆 SiC 粉体抗氧化动力学研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原料
• 4.3 实验主要仪器与设备
• 4.4 性能测试方法
• 4.5 实验方法
• 4.6 实验内容
• 4.7 结果分析与讨论
• 4.7.1 循环氧化对硅微粉包覆效果和辐射性能的影响
• 4.7.2 循环氧化对硅溶胶包覆效果和辐射性能的影响
• 4.7.3 SiC 氧化增重的关系式
• 4.7.4 硅微粉包覆 SiC 抗氧化动力学方程的建立
• 4.7.5 硅溶胶包覆 SiC 抗氧化动力学方程的建立
• 4.7.6 纯 SiC 氧化动力学方程的建立
• 4.8 本章小结
• 5 结论
• 6 本文创新点
• 致谢
• 参考文献
• 附录:线性回归法计算参数