碳化硅陶瓷前驱粉体制备及其烧结研究

碳化硅陶瓷是一种高性能的结构陶瓷,具有高硬度、高强度、耐高温、耐化学腐蚀、高热导率、低热膨胀等性能,广泛用于各个工业领域。碳化硅陶瓷的烧结、结构及性能与碳化硅粉体制备、成型工艺、烧结工艺及添加剂等因素密切相关。目前为了能够在较低的温度下获得性能良好的碳化硅陶瓷,烧结助剂的添加是必不可少的,而烧结助剂不同的引入方式对碳化硅粉体的烧结性能有很大的影响。本文在回顾碳化硅陶瓷原料制备及烧结工艺研究现状的基础上,利用超声分散、高能球磨以及溶胶凝胶法在碳化硅粉体中引入Al₂O₃-Y₂O₃烧结助剂,制备了碳化硅陶瓷前驱粉体,通过烧结实验确定了不同的条件对烧结体收缩率、失重率、体密度等影响。本文总结了这三种方法获得的前驱粉体的烧结性能,对无压烧结碳化硅陶瓷的实际生产提供参考依据,具有一定的应用前景。超声搅拌法引入烧结助剂Al₂O₃和Y₂O₃制备碳化硅陶瓷前驱粉体,此法制备前驱粉体工艺简单,获得的粉体经成型烧结,2000℃烧结30min获得的烧结体最大体密度为2.810g/cm-3,相对密度为84.3%。烧结体失重率随氧化铝含量的增加而增加,烧结助剂含量在8-10%为宜,铝钇摩尔比较佳约为2。采用球磨法制备了碳化硅陶瓷前驱粉体,对前驱粉体进行了热重、差热分析、红外分析、粉末衍射分析,表明获得的前驱粉体中烧结助剂Al₂O₃和Y₂O₃形成YAG的温度约为960℃。烧结获得的烧结体最大体密度为3.158g/cm-3,相对密度为96.0%。通过对烧结体的SEM分析,表面和断面的晶粒清晰,晶界也较明显,断面处致密程度高于表面。采用溶胶-凝胶法制备了碳化硅陶瓷前驱粉体,该方法获得的前驱粉体中烧结助剂Al₂O₃和Y₂O₃分布均匀,通过对前驱粉体的热重、差热分析、红外分析、粉末衍射分析,对比溶胶-凝胶法制备YAG的差热,粉末衍射分析,确定制备的复合粉体中烧结助剂在910℃能够形成YAG。烧结获得的烧结体最大体密度为3.219g/cm-3,相对密度为97.8%烧结体,并对烧结体进行了EDS、SEM分析,表明烧结体断面致密程度高于表面,总体晶粒连接紧密,晶界清晰。