SiC泡沫陶瓷及其增强A1基复合材料的制备与结构控制

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1、分类号’●_■●■●■●■■■■●■■■●●■■■IUDC密级一学校代码武多萎理歹大穿学位论文题EIS递渔速陶瓷拯墓埴强△!基复金挝抖鲍剑备生结抱控剑英文FabricationandStructureControlofSiCCeramic题目．FoamsandRelatedReinforcedAIMatrixComposites一研究生姓名扬莹指导教师姓名沈强职称教授学位埴±430070申请学位级别亟±学科专业名称挝料加工工程论文提交El期2Q!!生垒且论文答辩日期学位授予单位武这理王太堂学位授予日期答辩委员会主席评阅人20

2、11年4月独创性声明㈨IllITIrirIii1111ITIII!Y1880227本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。躲艟日期．趔：篁学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的

3、复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)：．如I／丝导师(签名)：武汉理工大学硕士学位论文摘要SiC泡沫陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、低热导率及低热膨胀系数等优异的物理性能，孔隙高度连通，是熔融金属过滤器的最佳候选材料之一。SiC泡沫陶瓷增强～基复合材料具有高比强度

4、、比模量、良好的导热导电性、高的尺寸稳定性等优异的综合性能，在航空航天、电子、汽车、先进武器装备系统中具有广泛的应用前景。本论文针对SiC泡沫陶瓷力学强度较低、孔隙结构难以控制、SiC泡沫陶瓷增强舢基复合材料界面不能良好结合的问题，制备出孔隙结构和显微结构可控的SiC泡沫陶瓷及其增强灿基复合材料，重点研究了材料的结构控制方法及增强方式。，首先，利用有机泡沫复制法和常压烧结技术制备了轻质高强且结构可控的SiC泡沫陶瓷。采用A1203、Y203和MgO、眦03、Si02作为烧结助剂，调配SiC陶瓷料浆，采用有机泡沫复制法，通过改

5、变浸渍涂覆次数、烧结工艺等合理控制了SiC泡沫陶瓷的孔隙结构和显微结构，并建立了力学抗压强度与其结构之间的相互关系。研究表明：SiC陶瓷料浆的粘度呈现剪切变稀特性，有利于有机泡沫浸渍过程；采用50％的固相含量的非水基SiC陶瓷料浆，在600℃下排除有机泡沫体，制备得到棱杆饱满的SiC泡沫陶瓷预制体。SiC泡沫陶瓷的孔隙结构中孔穴分布均匀，气孔连通性好；孔隙率为77"--97％，孔径大小为1．08～2．20ram，随选用有机泡沫PPI(poresperinch，每英寸宏孔数)值的增大、浸渍涂覆次数的增加而降低，孔棱直径为260

6、"-690pm，随PPI值的降低、浸渍涂覆次数的增加而增加；1500℃烧结前后SiC泡沫陶瓷的平均线性收缩为15oA。SiC泡沫陶瓷的显微结构中未添加烧结助剂的SiC泡沫陶瓷孔棱存在大量无法消除的气孔；添加A1203、Y203为烧结助剂的SiC泡沫陶瓷在1700℃烧结后所含液相为Y3A150n，实现了孔棱显微结构的完全致密化；添加MgO、A1203、Si02为烧结助剂的SiC泡沫陶瓷在1300．【2烧结后所含液相为M92AhSi5018和MgSi03，高温时液相分解，SiC颗粒依靠玻璃相黏结为大颗粒，但气孔无法有效消除。Si

7、C泡沫陶瓷的抗压强度随相对密度的增加而增大；在相对密度基本一致的情况下，当PPI值由15、20增加到40时，SiC泡沫陶瓷的抗压强度值从0．60MPa、1．22MPa升高至2．14MPa：在PPI值为20，相对密度基本都为0．20的武汉理工大学硕士学位论文情况下，随孔棱气孔减少、显微致密程度的升高，SiC泡沫陶瓷的抗压强度明显增大。然后，研究了SiC泡沫陶瓷增强舢基复合材料的制备及结构形成机理。利用无压浸渗工艺成功实现了SiC泡沫陶瓷高温浸渗熔融金属触液，表征了复合材料的物相组成、显微结构和显微硬度。研究表明：SiC泡沫陶瓷

8、增强砧基复合材料的主相为A1、SiC，并存在少量高温浸渗过程反应生成的Si和MgAl204。950℃氮气气氛下，SiC泡沫陶瓷增强舢基复合材料中泡沫陶瓷体的宏观轮廓清晰，SiC与舢界面结合良好，陶瓷体中空孔道中渗入了金属砧，增强相SiC和基体砧起到了相互约束的作用，有利于整体力学性能的提高