碳源及添加比例对固相烧结碳化硅陶瓷微观结构及性能的影响.pdf

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1、第28卷第9期无机材料学报V_01．28NO．92013年9月JournalofInorganicMaterialsSep．，2013文章编号：1000-324X(2013)09-1009—05DoI：10．3724／SP．J．1077．2013．12694碳源及添加比例对固相烧结碳化硅陶瓷微观结构及性能的影响姚秀敏，梁汉琴，刘学建，黄政仁(中国科学院上海硅酸盐研究所，结构陶瓷工程研究中心，上海200050)摘要：研究了碳的添加量为6wt％条件下，添加碳源的种类及添加比例对制备的无压固相烧结碳化硅陶瓷的微观结构和性能的影响。结果表明：采用纯无机碳源(碳黑

2、)，制备的碳化硅陶瓷具有较为细小的碳化硅晶粒结构，但致密度较低；添加有机碳源(酚醛树脂)时，随着其裂解碳添加量的增加，碳化硅的晶粒逐步长大，碳在材料中的分布更加均匀，材料的致密度提高，力学性能增强。当有机碳源裂解碳添加量达3wt％时，材料的致密度最高，并具有最大的弹性模量468GPa，断裂韧性达4．65MPa·ml，。当有机碳源裂解碳添加量大于3wt％时，碳化硅晶粒发生局部异常长大现象，材料的弯曲强度与断裂韧性进一步增加。同时，对材料的热扩散系数随碳源添加种类和比例变化的规律也进行了分析与讨论。关键词：碳源；固相烧结碳化硅；微观结构；性能中图分类号：TQ

3、174文献标识码：AEffectofCarbonSourceandAddingRatioontheMicrostructureandPropertiesofSolid-stateSinteringSiliconCarbideYAOXiu—Min，LIANGHan·Qin，LIUXue—Jian，HUANGZheng—Ren(StructuralCeramicsEngineeringResearchCenter,ShanghaiInstituteofCeramics，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200050，China

4、)Abstract：With6wt％totalcarbonadditiveamount，themicrostructureandpropertiesofpressurelesssolid-statesin．teredSiC(SSiC)werestudiedwithdifferentcarbonsourcesandcarbonsourceaddingratio．ItisfoundthatSSiCce—ramicswithinorganiccarbon(carbonblack)ascarbonsourcehavefinerSiCgrainsandlowerd

5、ensity．Asthecarbonadditiveamountderivedfromorganiccarbonsource(phenolicresin)increases，thegrainsizeofSiCgrainsinSSiCceramicsincreases，thedistributionofcarbonphaseintheceramicsismorehomogeneous，thedensityandtheme—chanicalpropertiesofSSiCceramicsincrease．Whenthecarbonadditiveamount

6、derivedfromorganiccarbonsourceis3．0wt％，theceramicswithhighestdensityhavethelargestelasticmodulus，whichisupto486GPa，thefracturetoughnessofitis4．65MPa‘m“．Whenthecarbonadditiveamountderivedfromorganiccarbonsourceisover3．0wt％．theabnormalgraingrowthofSiCgrainsappearsintheceramics，thef

7、racturestrengthandtoughnessfurtherincrease．Atthesametime，thethermaldiffusioncoefficientofSSiCceramicswithdifferentcarbonsourcesandaddingratioisalsodiscussed．Keywords：carbonsource；SSiC；microstructure；properties以硼或碳化硼和碳为烧结助剂制备的无压固相自从1975年，Prochazka等采用硼和碳无压烧烧结碳化硅(s—sic)，具有致密度高、制备工艺简

8、便、结制备致密的固相烧结碳化硅陶瓷以来，无压固相微观结构均匀、可靠性高以及优良的