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资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。添加Al2O3、Y2O3微粉碳化硅陶瓷料浆浇注性能研究摘要:有Al2O3、Y2O3参与的碳化硅(SiC)的液相烧结与固相烧结相比,由于烧结温度低,更简便,更经济,同时形成的液相(YAG)还有利于改进材料的性能(如提高材料的抗折强度和断裂韧性),因此已经成为近年的研究重点。但Al2O3、Y2O3的添加,增加了碳化硅陶瓷料浆的制备难度。本文论述了影响添加Al2O3、Y2O3的SiC泥浆性能的几个重要因素,运用泥浆Zeta电位随Ph值变化曲线作指导,经过调节Ph值和改变分散介质,着重研究泥浆的稳定性,流动性,泥浆浇注素坯的性能,从而获得浇注性能好,长时间稳定不沉降,固含量高的泥浆。AbstractComparedwiththeliquidsinteringandthesolid-phasesinteringofSiCwhichhavingtheAl2O3,Y2O3participatein.Forthelowsinteringtemperature,itismuchmoresimplemuchmoreeconomic,shapingtheYAGhaveadvantagetoimprovepropertyofthemarterialatthesametime(Forexample:improvetheflexuralstrengthandfracturetoughness),Soitisbecometheresearchpointsintherecentyears.ButaddingtheAl2O3andY2O3,increaseddifficultyofSiCceramicpulpproduction.ThispaperdiscussessameimportantfactorsofthemudpropertiesfortheaddingofAl2O3,Y2O3.UsingcurvesofmudZetapotentialwithPhchangeastheguiding.ByadjustingthePHvalueandchangedispersionmedium,Putemphasisonthemudpropertiesofstability,liquidity,mudcastinggrainbillet,thusgetthemudthatpouringperformance,longtimeunstablesettlement,highcontentofsolid.
1资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。1引言碳化硅(SiC)陶瓷具有抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热震稳定性能好、高温强度高、热膨胀系数低、导热率高以及耐化学腐蚀等特点,是最具有应用前景的高温结构陶瓷之一,被广泛应用于石油、化工、冶金、机械、航天、核能等行业。碳化硅是典型的强共价键化合物,在高温下的自扩散系数相当低,若没有合适的烧结助剂很难烧结成型。液相烧结的机理是以一定数量的多元低共氧化物为烧结助剂,在高温下烧结助剂形成共熔液相,使体系的传质方式由扩散传质变为粘性流动,降低了致密化所需的能量和烧结温度[1]。SiC-Al2O3-Y2O3烧结体系被认为是最具有前景的SiC基陶瓷体系之一。从Al2O3-Y2O3的两元相图(见图1,图示L表示液相,G表示气相)能够看出,存在三个低3个低共熔化合物,YAG(Y3AlO12,熔点1760℃),YAP(YAlO3,熔点1850℃),YAM(Y4AL2O9,熔点1940℃)。国内外研究均表明,应用该体系烧结助剂能够在较低温度下(1850℃)实现碳化硅陶瓷的致密化。
2资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。图一:Al2O3-Y2O3的二元相图碳化硅陶瓷具有优良的性能,但传统的干压成型方法只能成型简单形状部件,对于异形件成型比较困难,已难以满足进一步实用化和产业化的要求。浇注成型工艺设备要求不高、成本较低、操作方便、易于成型形状复杂或大尺寸的部件。而浇注成型工艺的关键在于制备稳定不易沉降、固含量高、流动性好以及易于成型和脱模的料浆。本工作的主要目的是研究添加Al2O3、Y2O3碳化硅泥浆的性能,为下一步的液相烧结打下基础,从而制备出强度及韧性优良的碳化硅陶瓷。2实验2.1实验原料及分析测试实验原料选用α-SiC,粒度为3μm,20μm,纯度为SiC≥98%两种;Al2O3,粒度为1μm,纯度为Al2O3≥98.5%;Y2O3,粒度为1μm,纯度为Y2O3≥98.5%,以及粘结剂、悬浮剂等添加剂。用NDJ-9S粘度计数显粘度计测定料浆粘度,用PHS-3C型台式pH计
3资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。测试仪测定料浆的PH值,用沉降实验法表征泥浆的分散稳定性。2.2实验结果及讨论2.2.1泥浆zeta电位与PH值的关系要提高泥浆的均匀性和稳定性,主要经过提高泥浆的Zata电位和调节粘度来实现[2]。根据DLVO泥浆稳定机理,增加Zeta电位是提高静电斥力达到泥浆稳定的主要手段[3]。当Zeta电位高时,颗粒之间互相排斥的倾向强,体系被分散和解凝,流动性增大,双电层滑移面内反号离子的溶剂化层降低了胶料与分散介质面上的表面能,从而降低了胶粒之间的粘结力,并形成了胶粒之间互相接近的机械阻力,使泥浆得以更加稳定。根据文献报道,要获得稳定的泥浆,Zata电位的绝对值需高于50mV[4]。本工作亦证明,要获得稳定的泥浆,Zata以偏高为佳。图二为SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆PH值和zeta电位的关系:图二:SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆PH值和zeta电位的关系由图二能够看出,SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆在碱性条件下,在零电位以下zeta电位绝对值随着PH值得提高而提高。PH值在8—
4资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。11之间时能获得较大的Zeta电位,既能获得稳定不易沉降的泥浆。2.2.2泥浆PH值与粘度的关系当泥浆粘度较高时,对泥浆稳定性有利,但对泥浆的流动性不利,且会增加颗粒分散,真空脱泡难度,也会影响浇注及脱模难度。因此泥浆的Zeta电位或者PH值不是越高越好,需要找到合适粘度对应的PH值。图三为固含量为58%的SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆粘度与PH的关系:图三:SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆粘度和PH值的关系由图三能够看出,SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆粘度随着PH值的提高而降低,在PH值为9.5时达到最低,PH值继续提高泥浆的粘度有所增加。SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆在PH在9.3—10.8之间时,有着较小的粘度,即有较好的流动性和浇注性能。2.2.3泥浆固含量与粘度及素坯强度的关系悬浮体的固相体积分数对其流变性影响较大,特别是固相体积分数达到一定值后,进一步增加固相含量,悬浮体的粘度急剧增加。图四为PH值为9.7的SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆固含量与粘度的关系:
5资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。由图四可知,SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆在固相含量(体积分数)为54%—58%时,有较小的粘度,即较好的流动性。固相含量在60%以上时,粘度急剧增加,浇注性能降低。图四:SiC-Al2O3-Y2O3泥浆粘度和固含量的关系在流动性能较好的情况下,适当提高料浆的固相含量,能增加碳化硅陶瓷素坯强度。图五为SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆固含量与素坯强度的关系:图五:SiC-Al2O3-Y2O3泥浆固相含量和素坯强度的关系
6资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。2.2.4悬浮剂对泥浆稳定性的影响如泥浆出现明显沉淀,对必须进行立式浇注的制品来说,就会出现制品上薄下厚的不均匀现象,严重影响制品的质量,因此需要适当加入一定量的悬浮剂解决料浆沉淀问题。将制备好的悬浮液注入10mL的量桶中,搅拌并静置24h后,观测悬浮液的沉降高度,悬浮液在相同时间内,沉降高度越小悬浮液越稳定。表一为不同悬浮剂对SiC-Al2O3-Y2O3泥浆沉降性能的影响:添加剂名称加入量24小时沉降率备注阿拉伯树胶1%12%糊精1%12%素坯强度有所提高柠檬酸氢二铵0.5%10%聚乙烯醇1%15%泥浆气泡较多羟甲基纤维素1%8%素坯强度略有下降表一:添加剂对SiC-Al2O3-Y2O3泥浆沉降性能的影响由于在实际生产过程中,泥浆保持10个小时左右不沉降即可,以上五种添加剂,糊精、阿拉伯树胶、柠檬酸氢二铵悬浮效果最好,满足浇注和生产要求。三结论（1）PH值在8—11之间时能获得较大的Zeta电位,既能获得稳定不易沉降的SiC-Al2O3-Y2O3泥浆。（2）SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆在PH在9.3—10.8之间时,有着较小的粘度,即有较好的流动性和浇注性能。（3）SiC-Al2O3-Y2O3体系泥浆在固相含量(体积分数)为54%—58%时,流动性及浇注性能较好。素坯强度随着泥浆固相含量的增加而增加。(4)糊精、阿拉伯树胶、柠檬酸氢二铵悬浮效果较好,能满足浇注及生产要求。
7资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。参考文献[1]武卫兵,靳正国,碳化硅陶瓷的液相烧结及其研究进展,稀有金属材料与工程,9月[2]扬洪惜,苏亦仙．双管微电脉仪在泥浆研究中的应用．华东师范大学、上海市计量局实验工厂编．电动电位理论及其应用论文汇编,1986,249[3]黄政仁,李雨林,谭寿洪,江东亮,SiC陶瓷的浇注成型初探,硅酸盐学报,1994年6月[4]华勇,李亚萍,蒋登高,王浩,改性SiC陶瓷料浆分散流动性研究,金刚石与磨料磨具工程,8月第四期[5]王华,陈玉峰,唐捷,樊启晟,高固含量水基炭黑/碳化硅悬浮体的制备
