碳化硅的常压烧结及其熔盐侵蚀行为

论文摘要

SiC陶瓷以其优良的性能,广泛应用于机械、化工、能源、军工等领域,并以其独特的耐高温、耐氧化、耐腐蚀性能,成为在各种苛刻条件下（如高温、腐蚀和辐射环境下）工作零件的首选材料之一。无压烧结碳化硅由于其产品纯度高、成本低、易于工业化生产,被认为是碳化硅陶瓷最有前途的烧结方法。以碳和碳化硼为烧结助剂的无压烧结碳化硅,因其晶界处没有玻璃相的存在,其强度在1600℃下不发生变化。但是不能否认的是当其在这些场合使用时,自身也会受到一定程度的腐蚀,如:高温氧化、硫化物（SOx）与氮化物（NOx）气体产物凝聚相沉积物（包括碱金属硫酸盐、碳酸盐等）的腐蚀,这些都会影响SiC的使用性能,尤其是高温下的熔盐腐蚀,往往会造成构件快速失效,因此,研究碳化硅的耐熔盐腐蚀性能具有十分重要的意义。本文在α-SiC微粉原粉中添加一定含量的β-SiC微粉,以碳化硼和碳为烧结助剂,进行碳化硅常压烧结,对原粉中不同的β-SiC含量的烧结体性能进行研究比较,并总结出以α-Sic微粉为原粉中添加不同含量β-SiC微粉对固相烧结碳化硅陶瓷性能的影响。同时研究以碳和碳化硼为烧结助剂的无压烧结碳化硅（SASC（B,C））1000℃下分别在碳酸钠和硫酸钠中的熔盐腐蚀行为。本文得到的结论为:（1） SASC（B,C）烧结中在α-SiC微粉原粉中添加一定含量的β-SiC微粉,无益于SASC（B,C）材料力学性能的提高。（2） SASC（B,C）陶瓷在碳酸钠熔盐中的腐蚀主要包括2个阶段:腐蚀初期二氧化硅氧化膜溶解后SASC（B,C）的快速腐蚀阶段与后期碳酸钠消耗殆尽后二氧化硅固相保护膜形成的慢速腐蚀阶段。腐蚀过程中造成SASC（B,C）表面大量的坑蚀,材料的强度随之降低。（3） SASC（B,C）的碳酸钠熔盐腐蚀的动力学曲线可以说明SASC（B,C）的熔盐腐蚀过程受氧在液相膜的扩散控制。（4） SASC（B,C）的硫酸钠熔盐腐蚀由于自循环腐蚀机制的发生,SASC（B,C）在硫酸钠的熔盐腐蚀的程度很严重。（5） SASC（B,C）在硫酸钠熔盐腐蚀后抗弯强度下降严重,腐蚀2小时后抗弯强度下降52%,腐蚀4小时后抗弯强度下降72%。本文的实验对于SASC（B,C）的应用具有重要的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 SiC陶瓷的基本结构和性能
• 1.1.1 SiC的晶体结构
• 1.1.2 SiC陶瓷的基本特性
• 1.2 SiC陶瓷的烧结及其进展
• 1.2.1 烧结原理简介
• 1.2.2 SiC陶瓷的烧结工艺的介绍和发展
• 1.3 陶瓷的增韧机制及SiC基陶瓷复合材料研究进展
• 1.3.1 纤维（晶须）复合材料的增韧机制及纤维增韧SiC复合材料
• 1.3.2 第二相颗粒的增韧机制及颗粒强化增韧SiC基复合材料
• 1.4 SiC陶瓷的氧化和腐蚀情况
• 1.4.1 SiC陶瓷的氧化
• 1.4.2 SiC陶瓷的熔盐腐蚀
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 实验过程
• 2.1 实验目的
• 2.2 实验装置
• 2.3 实验原料
• 2.4 实验过程
• 2.4.1 配料
• 2.4.2 造粒和成型
• 2.5 SiC陶瓷材料的烧结过程
• 2.6 性能测试
• 2.6.1 SiC陶瓷材料收缩率的测定
• 2.6.2 SiC陶瓷密度和气孔率的测定
• 2.6.3 SiC陶瓷材料硬度的测定
• 2.6.4 SiC陶瓷材料抗折强度的测定
• 2.6.5 SiC陶瓷材料断裂韧性的测定
• 第3章 实验结果及分析
• 3.1 SiC陶瓷烧结温度的确定
• 3.2 SiC陶瓷材料硬度分析
• 3.3 碳化硅陶瓷抗弯强度分析
• 3.4 碳化硅陶瓷断裂韧性分析
• 第4章 常压烧结SiC的熔盐腐蚀
• 4.1 SASC（B,C）在碳酸钠熔盐中腐蚀
• 4.1.1 碳酸钠熔盐腐蚀动力学曲线
• 4.1.2 碳酸钠熔盐腐蚀的SEM形貌分析
• 4.1.3 碳酸钠熔盐腐蚀后横断面的SEM分析
• 4.2 硫酸钠熔盐腐蚀
• 4.2.1 硫酸钠熔盐腐蚀的化学性
• 4.2.2 硫酸钠熔盐腐蚀表面SEM分析
• 4.2.3 熔盐腐蚀试样横断面的SEM扫描图
• 4.2.4 硫酸钠熔盐腐蚀后试样表面XRD物相分析
• 4.2.5 硫酸钠熔盐腐蚀后抗弯强度分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢