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反應燒結碳化硅磚陶瓷材料具有優異的耐磨損、耐高溫、抗熱震、熱膨脹系數小、、熱導率大和耐化學腐蝕等性能,廣泛應用于化工、冶金、建材、國防等工業領域。雖然反應燒結碳化硅磚具有許多優點,但由于制品中較高的游離硅含量會增加制品的脆性,降低了制品的硬度。凝膠注模工藝是建立在傳統陶瓷注漿成型技術和高分子化學理論的基礎上的一種新的成型工藝,是通過有機單體聚合反應實現漿料的原位成型的凈尺寸成型方法。凝膠注模工藝成型的坯體具有密度均勻、致密度高、強度大、可進行機械加工等特點。為了提高反應燒結碳化硅磚的力學性能,本課題以碳化硼顆粒為增強相,采用凝膠注模成型工藝制備反應燒結B_4C/SiC復合材料。通過對低粘度、高固相含量碳化硼/炭黑/碳化硅磚漿料的制備技術以及凝膠注模成型工藝參數的研究,制備出了結構均勻、致密度高的反應燒結碳化硼/碳化硅磚復合陶瓷,并對坯體和燒結試樣的力學性能及微觀結構進行了測試分析。我們深刻研究了碳化硼/炭黑/碳化硅磚料漿制備過程中不同碳化硅磚顆粒級配、碳化硼含量和碳化硼顆粒大小、球磨時間、料漿pH值、固相含量對料漿粘度的影響。制備出了固相含量高達55vol%,B_4C含量為20wt%流變性能夠滿足凝膠注模工藝要求的碳化硼/炭黑/碳化硅磚料漿。通過改變引發劑用量、環境溫度以及緩凝劑用量可以控制聚合反應的誘導期,從而澆注過程的順利進行,有利于制備均勻性好、致密度高的反應燒結B_4C/SiC陶瓷坯體。 通過對凝膠注模成型反應燒結碳化硼/碳化硅磚坯體及燒結試樣的性能研究表明;坯體的線收縮率隨固含量及碳化硼含量的增加而降低;彎曲強度隨著固含量的增加而增大,當固含量為55vol%時強度達到24.3MPa。燒結體的密度隨著碳化硼含量的增加而下降;試樣的斷裂韌性隨碳化硼含量的增加而呈現先增加后減小的趨勢。當碳化硼含量為10wt%時,斷裂韌性達到大值5.07MPa•m~(1/2);燒結體的硬度隨著碳化硼含量的增加而增加,當碳化硼含量達20wt%時,硬度達到94.5HRA。 坯體和燒結試樣的顯微結構分析發現,凝膠注模坯體顆粒堆積致密,均勻分散,燒結試樣的顯微結構均勻致密,具有良好的微觀性能。對燒結體的X射線衍射分析說明,燒結體的晶相組成為α-SiC、Si、β-SiC和B_4C未發現沒有參加反應的碳。
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