f于快速成型技术的陶瓷叶片制造新工艺

第27卷第7期 煤矿机械 V01．27No．7 2006年7月 CoalMineMachinery Jul·2006 文章编号：1003一0794{2006)07—0107—03 基于快速成型技术的陶瓷叶片制造新工艺 解红军1．崔志中2，侯红玲’．张艳丽1 (1．中原石油勘探局地球物理勘探公司，河南濮阳457001；2．河南科技大学机电学院．河南洛阳47l啷； 3陕西理工学院，陕西汉中723003) 摘要：提出了用快速成型技术解决复杂形状陶瓷零件的成形难题。用光固化树脂制造零件 的凹模，注入酚醛树脂和淀粉的混合液，固化后热解形成碳支架，然后高温渗硅制成SiC复合材料 陶瓷叶片。测定了叶片的成分；对叶片材料的微观结构进行了SEM分析。证明制成的叶片样件为 SiC／C／Si组成的复合材料，这种工艺具有可行性。 关键词：碳化硅；陶瓷；制造I艺；叶片；快速成型 中图号：TB332；THl6 文献标识码：B NoveiProcedureofVaneImpellerBasedonRapid Proto饵peTechnology XIEHong—jan'．CUIZhi—zhon92，HOUHong—ling|．ZHANGYah—H1 (J．zh”gyu口PetroleumExplorationBureauGeophysicalExplorationCompany．Pey”g45700l-China； 2．CollegeofMechatmnicsEngineering-HenanUniversityofScienceandTecIm0109y·h”y8ng471033-Chinai 3．ShanxiUniversityofTechnology．Hanzhong723003lChina) Abstract：Applyingrapidprototypetechnologytofabricationofceramiccomponent，complex—shapedceramic vanecallbefabricatedquicklywithouttraditionalmetalmould．Arapidprototypemodelofvgnewssfabficat- ed，anditwasfilledwithmixtureofphenolieandstarchpowde巧tomake8ceramicvaneprecursor．Afterthe precumorwassolidified．itwaspyrolyzedandsinteredwithSitoformceramicVal'le．Thisnovelprocedurere— solvesthedifficultiesoffabricationofcomplex—shapedcomponent． Keywords：SiC；ceramic；procedure；va31e；rapidprototype 0引言 燃气轮机的动叶片的工作环境温度一般超过 1(DO℃，金属构件在此温度下的机械性能大大降 低，因此需要设计复杂的降温结构来对叶片降温。这 囤5叶片下料国 Fig．5CuttingdrawingofVillle 计算结果及绘图经现场使用检验，满足生产要 求。 3结语 螺旋叶片的下料方法繁多，且各种方法均有其 特点及优势，但一般以三角形法为主。在此基础上 本文提出了下料计算与参数化绘图相集成的设想。 并利用AutoCAD的二次开发功能，在VisualLiSP集 成开发环境下完成下料程序设计，实现参数化绘图， 提高了设计的效率和质量。 值得指出的是：下料仅是螺旋叶片加工成形的 第l步，为了提高叶片的成形质量，还需在成形工艺 选择、辗压胎具的设计、回弹量的控制等方面做更深 人的探讨。 参考文献： [1]靳光{击螺旋叶片展开尺寸的儿种计算方法[J]．机械工程师， 2003(2)：64—65． [2]丁飞，李新唇，李贵轩万能螺旋叶片成形胎具的设计方法[J]．煤 矿机械，2003(1)：12—12． [3]徐文锋，练子富，张守柱．螺旋叶片成形胎具的一种设计方法[J]． 辽宁工程技术大学学报．t998(5)：486—488． [4]练子富，髂文锋采煤机滚筒螺旋叶片胎具设计[J]．煤矿机电， 1998(5)：32—34． 作者简介：毛君(1961一)．辽宁岫岩人，教授，博士，现任辽宁工 程技术大学机械工程学院院长，毕业于豇宁工程技术大学(原阜新矿 业学院)，现从事机械动态设计及机电一体化专业的教学与科研工 作，获省部级科学技术一等奖一项．出版专著2部．发表学术论文50 余篇，Tel：0418—3350507， 收稿日期：2005．03．15 ·107· 万方数据 V01．27No．7 基于快速成型技术的陶瓷叶片制造新工艺——解红军，等 第27卷第7期 样必然增加了发动机的成本。开发在高温下能保持 高性能的结构材料，对航空发动机的制造有重要意 义。SiC陶瓷作为一种新兴的先进陶瓷材料，具有 耐磨损、高硬度及高温高强度的特性，其在1400℃ 下仍然能保持很高的机械强度，是制造叶片的理想 材料。但是，SiC陶瓷由于硬度高，难以进行成形加 工，而叶片的表面形状复杂，因此解决SiC陶瓷的成 型问题成为关键⋯。 快速成型技术是20世纪80年代出现的先进制 造技术，它采用分层制造方法，逐层制造堆积成需要 的构件，其最大的特点就是可以加工任意复杂形状 的零件。SiC的原位反应烧结技术，是将碳支架与 硅在真空条件下加热，至～定的温度后使si和C反 应生成SiC构件。本文将光固化快速成型技术(ste— redithography，简称SL)和SiC的原位反应烧结技术 相结合，并应用到航空发动机叶片的制作中，为解决 耐高温叶片的制造探索了新的途径，具有一定的应 用价值”1。 1材料的选用 选用美国DPSS公司的1420’光固化树脂为原 型的制作材料；以2130‘酚醛树脂为叶片碳支架前 驱体材料；以市售淀粉为致孔剂；分析纯硅粉为反应 材料。 2陶瓷叶片制作工艺方法 SiC复合陶瓷叶片样件的制作工艺流程如图1 所示。 图1陶瓷叶片制作流程 Fig．1ProcessstepsoffabricatingceramicVRBe (1)根据需要，用Pro／Engineer系统设计出叶片 的三维模型，形成其凹模，在凹模中设计网格结构， 设计网格结构的目的有利于热解时反应气体的逸 出，保证碳支架不开裂，同时，在渗硅时有利于液态 硅的渗入。设计模型如图2(a)所示。 (2)在光固化快速成型机上制造出叶片凹模的 ·108· 原型，清洗干净并进行后固化处理。如图2(b)。 (3)在酚醛树脂中加入重量比为20％的淀粉， 用搅拌器搅拌20min，使其混合均匀。然后注人到 叶片凹模原型中，制成碳支架前驱体。 (4)将前驱体在室温下固化24h，然后移人烘箱 中，初始温度为60℃，每10h升温30℃，直至200 ℃，冷却至室温后取出。如图2(c)。 (5)在管式碳化炉中进行热解。以流动的N'为 保护气氛，升温速度为200℃／h，至800℃后保温30 min。随炉冷却至常温取出，热解后光固化树脂分解 逸出，酚醛树脂生成了多孔(微孔)的叶片碳支架，阿 格结构在碳支架内形成了孔道。如图2(d)。 (6)将碳支架和2倍重量的硅粉置入石墨坩锅 中，放人真空炉中进行渗硅反应。升温速度为300 ℃，h，至l450℃后保温20．fin。停止加热，随炉冷 却至常温取出。5i在1420℃时熔融为液态，沿孔 道和微孔渗入碳支架中并与c反应，生成由C／SiC／ Si组成的复合陶瓷叶片样件”1。如图2(e)。 国2制作过程中的样件照片 №。2 Samplephotosln脚m删steps 3成分测定殛微结构观察 取部分陶瓷叶片样件研磨成粉末，用D／max一 2400型x射线衍射仪测定了叶片样件的物相组成。 图3为测定的XRD曲线。在20角为35．6。、600和 7t7。处的峰表示有8一SiC存在；20为28．5。、47．4。、 562。和69．20的峰说明叶片中还有游离硅成分；在 28角为26．6。附近的平缓的突起，是无定形碳的衍 射特征。结果证明叶片样件是由C／SiC／Si组成的陶 瓷复合材料形成的。 △l i!ii l ：l 10 20 ]0 40 )u 60 70 2口／(。) 图3叶片碳支架渗硅反应后的XRD Fig．3XRDpatternsofvaneC—templateafterinfiltrating rcoctionofSi 图4为叶片样件断面的SEM照片。从图中可 以看到，液态硅沿iL道渗人碳支架内，部分沿微孔继 续渗入并与碳反应生成了SiC，其余的留在孔道中， 将孔道充填。 ^，d；=}=；一 万方数据 第27卷第7期 煤矿机械 V01．27No．7 1竺兰 !! !趔堕i些丛璺旦!i!!里 型：：竺! 文章编号：1003一0794(2006)07．0109．02 碟形托板拉深冲孔复合模具的设计与应用 贸玉 (江苏省联合职业技术学院徐州经贸分院，江苏徐州221006) 摘要：通过煤矿用托板加工工艺的分析，确定了冲压I艺流程。设计、试制复合模，通过联 动，使传统的分模舍=为一，使拉深、冲孔、整形一道工序完成．提高了生产效率，降低了生产成本。 关键词：复合模；拉深；冲孔；整形 中图号：TG76 文献标识码：B DesignofCutting——rollingCompoundDieforQuill JIAYU (JiangsuProvinceJoint—vocationalCollege．XuzhouEconomyCollege，Xuzhou221006．China) Abstract：Throughanalysisofthequill，thestampingprocessflowhasbeendetermined．Combinationdieis mainlydesignedandthetraditionalpartingdieisintegratedthroughitslinkage．Drawing，punchingandtrim- mingiscompletedinoneworkingoperation．So，producingefficiencywillbeincreasedandthecostbede— creased． Keywords：combinationdie；drawing；punching；trimming O引言 托板是矿井的主要支护产品。根据形式不同可 将托板分为平托板和碟形托板。由于碟形托板的抗 变形能力强、承载力大、安全系数高，应用越来越广 泛。由于工艺复杂性，需经过拉深、冲孔2道工序， 加工难度大，效率低、成本较高。为改善生产条件， 设计了一套专用模具，将托板的拉深、中心孔的冲 压、整形工艺一道工序完成。复合模具的设计、使用 降低了工人的劳动强度，提高了产品的经济效益。 1 零件的结构工艺分析 如图l所示工件材料为Q235钢，抗拉强度口= 470MPa，钢板厚度t=8—12iniIl，拉深直径佃0mm， 冲孔直径d=18—22mm。从工件的结构形状分析 可知，工件需经过拉深、冲压和整形工艺完成加工。 由于工件拉深后为球面，且工件材料为Q235，可选 择一次成形完成。 图1工件 Fig．1Part 2模具结构及工作过程 图4叶片断口sEM圈 rig-4SEMmicrographsofceramicvaI” 4结语 应用快速成型技术，可以解决复杂形状零件的 成型难题。在航空发动机陶瓷叶片的制造中，方便 地制作出其带有微观孔道结构的凹模，结合反应烧 结技术，能够制造出结构形状完整的陶瓷叶片。 制造的叶片是由C／SiC／Si复合材料陶静组成 的。 参考文献： [1]陈明和，傅桂兜．张中元．sic陶瓷在航天器高温结构件研制中的 应用[J]．南京航空航天太学学报，2000，32(2)：132—136． [2]KniterR，BauerWandGohringD．Micmfahrlcafi∞ofcer“∞byrapid pro【“ypll*processchalns[J]．ProceedingsoftheInstitutionofMeehani- caIEngineem，2003，217(1)：41—51． [3]钱军民．金志措．王继平．酚醛树脂，木粉复台材料制备木材陶 瓷结构变化过程研究[J]．复台材料学报，2004．21(4)：18—23． 作者苘介：解红军(1971一)．黑龙江友谊县人，工程师，1997年 毕业于大庆石油学院矿业机械专业，主要从事地震勘探施工及设备 维修管理． 收稿日期：20D6—03—22 ·109 万方数据 基于快速成型技术的陶瓷叶片制造新工艺 作者： 解红军， 崔志中， 侯红玲， 张艳丽， XIE Hong-jun， CUI Zhi-zhong， HOU Hong-ling ， ZHANG Yan-li 作者单位： 解红军,张艳丽,XIE Hong-jun,ZHANG Yan-li(中原石油勘探局地球物理勘探公司,河南,濮阳 ,457001)， 崔志中,CUI Zhi-zhong(河南科技大学,机电学院,河南,洛阳,471003)， 侯红玲 ,HOU Hong-ling(陕西理工学院,陕西,汉中,723003) 刊名： 煤矿机械 英文刊名： COAL MINE MACHINERY 年，卷(期)： 2006，27(7) 引用次数： 0次 参考文献(3条) 1.陈明和.傅桂龙.张中元.徐洁.葛国华.张中光 SiC陶瓷在航天器高温结构件研制中的应用[期刊论文]-南京航空航 天大学学报 2000(2) 2.Kniter R.Bauer W.Gohring D Microfabrication of ceramics by rapid prototyping process chains 2003(1) 3.钱军民.金志浩.王继平 酚醛树脂/木粉复合材料制备木材陶瓷结构变化过程研究[期刊论文]-复合材料学报 2004(4) 相似文献(10条) 1.学位论文 郭兴忠 碳化硅基陶瓷密封材料的制备技术 2004 随着工况条件的更为苛刻，工业设备对机械密封的要求更加严格。碳化硅陶瓷性能优越，已经成为基本机械密封材料。目前，碳化硅陶瓷密封材料 制备中存在粉体颗粒度大、团聚严重、粒度分布宽、杂质含量高，粉体流动性及成型性能差，陶瓷材料的烧结性能及力学性能较差，较大尺寸陶瓷密封 件制备困难等问题。为此，有必要对碳化硅原料进行细化、提纯、表面改性等综合处理提高粉体质量；采用新的添加剂引入方式制备碳化硅复合粉体 ，改善陶瓷烧结性能和组织结构，提高碳化硅复合陶瓷密封材料的综合性能；优化原料配方、成型及烧结工艺，制备得到较大尺寸的碳化硅陶瓷密封环 制品。主要研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 及成果如下：采用流化床对撞式气流粉碎超微化处理SiC粉体，分级轮频率愈高，工作压力愈大，超微化处理效果愈明显。适宜的工 艺参数为研磨压力0.7MPa，分级轮频率40Hz，1次研磨；在此条件下碳化硅粉体取得较好的超微化效果，提高了素坯特性及均匀性，降低了坯体烧结温度 ，改善了碳化硅陶瓷的性能及组织结构。采用混合酸洗进行碳化硅粉体的酸洗提纯处理，适宜的酸洗提纯工艺条件为：超微化碳化硅粉体，酸洗液组成 (HF:HNO3)1：1，酸洗液浓度0.1mol/L，酸洗时间2h。在此条件下，碳化硅粉体中SiC含量达98.8％，游离Si由0.25％降至0.017％，游离C由1.10％降至 0.05％，游离SiO2由0.17％降至0.027％，Fe2O3由0.14％降至0.007％，粉体获得较为理想的除杂提纯效果。 利用空间位阻机制，在碳化硅粉体浆 料中加入表面活性剂PEG(或PEI)进行表面改性。对于表面活性剂为PEG时，加入量为1wt％，液体介质为乙醇时，改性粉体获得较好的流动特性；而对于 PEI来说，添加3wt％PEI，pH为6.5时，改性粉体获得很好的流动特性，并获得较大的饱和吸附量0.435wt％。调节PEG(或PEI)的pH值，改变PEG(或PEI)的 加入量，增加了颗粒之间的静电排斥能，提高了SiC颗粒分散性和流动性。 采用离心式喷雾造粒设备进行碳化硅粉体的喷雾造粒，有效改善了碳化 硅粉料的流动性。同未经喷雾造粒的粉料相比，喷雾造粒后碳化硅粒料的松装密度提高了30％～50％，休止角降低了10°～15°。当固相含量、粘合剂 含量和出口热风温度分别为70％、0.5％和90℃时，碳化硅素坯的密度最高，断面更为均匀，碳化硅陶瓷的烧结、力学性能及显微结构都有所提高和改善 。但由于烧结温度过高的原因，喷雾造粒在改善材料性能方面的效果并不十分显著。 采用无机盐前驱体溶胶-凝胶法在SiC粉体中引入烧结助剂 YAG，YAG凝胶呈网状结构，SiC颗粒嵌入在凝胶网络中，并在SiC颗粒表面形成一层包裹膜；YAG的形成过程为为Y2O3+Al2O3→YAM→YAP→YAG，干凝胶在 920℃左右已完全转变成YAG相，Y与Al的原子比约为3：5，最终获得YAG粒径小、均匀分散的SiC/YAG复合粉体。 采用真空无压烧结进行碳化硅复合 粉体的烧结致密化。在1950℃下的液相烧结中，机械共混法制备的碳化硅复合陶瓷材料可以获得较高的烧结性能、力学性能及晶粒尺寸细小、相分布均 匀较理想的显微结构，说明机械共混法制备碳化硅复合粉体适宜的烧结温度为1950℃；而此温度下溶胶-凝胶法制备的碳化硅材料明显存在过烧现象，故 有必要降低其烧结温度。通过适当降低烧结温度，延长烧结时间，制备出性能更为优越、组织结构更为致密的不同直径(Φ30～Φ400mm)碳化硅陶瓷密封 环。在碳化硅复合粉体的液相烧结中，超微化处理SiC粉体有助于促进烧结初期的致密化；YAG液相的提前形成及均匀分布促进了快速致密化。组织致密 与晶粒细小、裂纹偏转与沿晶断裂、YAG晶粒桥联是碳化硅复合陶瓷增韧的三个主要特征。 2.期刊论文 刘洪丽.李树杰 用有机聚合物连接碳化硅陶瓷及陶瓷基复合材料 -硅酸盐学报2004,32(10) 用陶瓷先驱体有机聚合物连接陶瓷及陶瓷基复合材料是一种成本低廉、工艺新颖、可满足特殊高温条件下连接件要求的新型连接技术.介绍了近年来 采用先驱体有机聚合物连接SiC及其复合材料的研究现状,重点对影响连接强度的因素进行分析,并提出相应的改进措施.由于该技术具有连接温度较低、 连接过程简单、接头热应力小,连接件的热稳定性高等特点,因此它是陶瓷及其复合材料最有前途的连接方法之一. 3.学位论文 张勇 碳化硅陶瓷制备新工艺及C<,f>/SiC与金属连接技术研究 2007 碳化硅陶瓷具有高温强度高，硬度高，耐磨性好等一系列优点，应用在国防、军事、航空、航天等领域。但碳化硅陶瓷由于本身的特性，难于加工 制备成复杂异形件，限制了它的进一步应用。本研究针对此难题，采用注射成形技术解决制备复杂异形件的难题，同时对放电等离子快速烧结工艺 (SPS)快速制备高致密度、高性能碳化硅陶瓷进行了探索性研究。此外，还对在航空航天领域有重要应用价值的C<,f>/SiC复合材料与高温合金的连接技 术进行了研究。 注射成形技术制备碳化硅陶瓷复杂异形件，分为注射成形固相烧结碳化硅和注射成形液相烧结碳化硅。 采用注射成形固相 烧结碳化硅，成功制备了形状复杂的碳化硅异形件，并对其工艺进行了系统研究。研究表明：使用亚微米级的碳化硅陶瓷微粉为原料，添加 0.5wt％B<,4>C和5wt％C为烧结助剂，其中C以树脂碳源形式加入较佳；使用65wt％PW-25wt％HDPE-10wt％SA为粘结剂，在140℃混炼均匀后喂料的最佳装 载量为52vol％;对喂料的流变学研究表明，喂料的粘性流动指数n为0.46，粘流活化能E为22.94kJ·mol<'-1>，喂料综合流变学因子α<,STV>为1.24；最 佳的注射参数为：注射压力100～110MPa，注射温度160～170℃，保压压力为100MPa，注射速度为80mm/s;注射出的合格坯体密度为1.91g/cm<'3>，经 10h的溶脱，再经热脱、1300℃预烧结后坯体密度为1.5g/cm<'3>，使用聚碳硅烷先驱体溶液对坯体经过浸渍-裂解后，坯体密度提高到1.75g/cm<'3>，在 Ar气氛、2115℃、60Min下烧结得到了致密度为97％封装盒异形件。 为了降低烧结温度，采用了液相烧结技术，并对注射成形液相烧结碳化硅工艺 进行了系统研究，研究表明：使用亚微米级的碳化硅微粉为原料，通过添加合适粒度组成的4.3wt％Al<,2>O<,3>和5.7wt％Y<,2>O<,3>烧结助剂与碳化硅 微粉进行合批，可明显提高喂料装载量；使用了两种粘结剂体系进行注射：65wt％PW-25wt％HDPE-10wt％SA蜡基粘结剂和先驱体型粘结剂，其中 65wt％PW-25wt％HDPE-10wt％SA蜡基粘结剂配制的喂料装载量为57vol％，在最佳的注射参数下注射得到的坯体密度为1.98g/cm<'3>，经10h的溶脱，再 经热脱、1300℃预烧结得到密度为1.72g/cm<'3>的坯体，将坯体埋于4.3wt％Al<,2>O<,3>-5.7wt％Y<,2>O<,3>-SiC埋粉中，在Ar气氛、1900℃、30Min下 烧结得到了致密度为98.2％的封装盒异性件；先驱体型粘结剂是自行开发的一种水溶性粘结剂，配方为60wt％PEG-20wt％PMMA-15wt％PCS-5wt％SA，其 中PCS为先驱体成分。对其进行的相容性计算表明，先驱体型粘结剂具有较差的相容性，但通过工艺改进的办法，可以使其很好的相容。使用先驱体型粘 结剂配制的喂料装载量为53vol％，具有较好的流变学性能，喂料综合流变学因子asre为0.97。在最佳的注射参数下，注射出了良好的坯体。将坯体经 40℃，5h的水脱脂，脱除了72wt％的PEG，再经热脱、1300℃预烧结得到密度为1.70g/cm<'3>的坯体，将坯体埋于5.7wt％Al<,2>O<,3>- 4.3wt％Y<,2>O<,3>-SiC埋粉中，在Ar气氛、1900℃、30Min下烧结得到了致密度为96.7％的烧结体。通过SPS烧结工艺快速制备高致密度的碳化硅陶瓷的 探索性研究，快速制备了高致密度的碳化硅陶瓷，为碳化硅的快速制备开发了新方法。研究表明，最佳的SPS烧结参数为：1700℃，50MPa，5Min，烧结 得到的最佳烧结体密度为3.28g/cm<'3>，致密度为99.4％，维氏硬度达2550HV，断裂韧性达8.34MPa·m<'1/2>，弯曲强度达684MPa。对其显微结构研究 表明：碳化硅晶粒大约为1 μm～2μm，说明碳化硅通过SPS快速烧结较好的抑制晶粒长大，而且整体晶粒大小均匀，没有出现个别晶粒的异常长大。 采用Ag72Cu-Ti钎料实现了Cf/SiC复合材料与高温合金的连接，Ag72Cu-Ti钎料钎焊时的最佳参数为：Ti含量5wt％，连接温度920℃，保温时间 10min，室温剪切强度101.8MPa，且断口均出现在Cf/SiC基体上。为了缓和热应力，进一步提高钎悍强度，在Ag72Cu-5wt％Ti钎料加入一定量热膨胀系数 较低的W颗粒，构成复合钎料，较大提高了接头连接强度。当加入20wt％W时，在950℃×20min的连接工艺条件下，获得了接头剪切强度达152.7MPa的连 接性能。 4.学位论文 魏云静 泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究 2004 泡沫陶瓷是一种孔隙率高达70％~90%,具有三维立体网络骨架结构和贯通气孔的新型非金属多孔材料.碳化硅材料是共价键极强的化合物,具有良好的 高温性能,电性能,机械性能和化学性能.采用碳化硅材质制备泡沫陶瓷,可将碳化硅陶瓷的优良性能和多孔陶瓷的应用有机结合起来,具有广阔的应用前景 .该工作采用有机泡沫浸渍法制备泡沫碳化硅陶瓷,研究了各种不同工艺因素对泡沫碳化硅陶瓷性能的影响.应用XRD、SEM、EDS、压汞法等手段,对泡沫陶 瓷的性能以及微观结构作了分析与探讨.有机泡沫浸渍工艺要求浸渍用的浆料具有良好的性能.制备泡沫碳化硅陶瓷所用浆料分为水基浆料和非水基浆料 两类.在浆料中加入适当的添加剂可获得高固含量、均匀稳定、流变性良好的适于浸渍的浆料.研究表明,水基浆料中加入质量分数为0.08%的分散剂PAM获 得的浆料性能最优.非水基浆料中当溶剂量与树脂量比为1ml:1 g时,浆料性能最优.水基与非水基碳化硅浆料性能基本类似,具有剪切变稀及时间依附性 ,呈现正触变特性,满足浸渍工艺的需要.非水基浆料与水基浆料相比,粘度更低,性能更好,更容易浸渍.研究中发现,烧结工艺对样品的性能产生重要的影 响.常压烧结获得样品的气孔率随烧结温度的升高而增大;机械强度的高低受烧结温度和气孔率共同制约,在1480℃烧结样品的强度最大,为0.54MPa.常压 烧结获得样品的导电性很差,基本属于绝缘体.反应烧结是净尺寸烧结,因此烧结温度对样品气孔率的影响不大.反应烧结获得样品的气孔率主要受坯体容 重的影响,随容重的增大而减小.样品的机械强度受气孔率、烧结温度、渗硅量及反应时间的影响,抗折强度最高可达6.704MPa.反应烧结获得样品的导电 性良好,电阻率在0.05~0.5 Ω·cm.反应烧结工艺制备的泡沫碳化硅陶瓷很好的袭承了泡沫体的网络孔道结构,宏孔尺寸在毫米级,为0.5~3mm;微孔孔径分 布呈双峰分布,一部分集中在0.003~0.0351μ m,一部分集中在16.4~34.3 μ m.样品具有较高的孔筋密度(3.2965g/cm3)和比表面积(17.1096m2/g),为其 应用提供了良好的基础.通过对样品电性能的研究发现,添加元素如B、Fe、Al对泡沫陶瓷的电阻率没有起到积极作用,生坯中C含量的多少对最终制品电性 能产生很大影响,当进行全C粉渗硅时,电阻率最小为0.066 Ω·cm.该研究获得的泡沫碳化硅陶瓷具有良好的渗透性,耐腐蚀性和抗热震性.此外,泡沫碳化 硅陶瓷还可以通电发热,加热效率高,可用于流体加热.颗粒堆积法可获得气孔率为25%~40%的多孔碳化硅陶瓷,与有机泡沫浸渍法相比,该方法制备样品的 强度高,电阻率低.可根据对样品性能要求的不同来选择不同的制备工艺. 5.期刊论文 曹小明.田冲.张劲松.刘强.CAO Xiaoming.TIAN Chong.ZHANG Jinsong.LIU Qiang 泡沫碳化硅陶瓷的 导电性能 -材料研究学报2006,20(2) 采用高分子热解和反应烧结方法制备出泡沫碳化硅陶瓷,研究了泡沫碳化硅陶瓷的体积分数变化和钛的掺杂对泡沫碳化硅陶瓷骨架导电性能的影响 .结果表明:随着泡沫碳化硅陶瓷的体积分数提高,泡沫碳化硅陶瓷的电阻率降低,这是泡沫碳化硅陶瓷筋中部碳化硅的面积增加所引起的;掺杂的钛转变成 TiSi2导电相改善了泡沫碳化硅陶瓷的导电性能.TiSi2呈现离散和团聚两种形态分布,以不规则的形状位于碳化硅晶界之间,在碳化硅中作为施主杂质.泡 沫碳化硅陶瓷表现出的正或负温度系数取决与掺杂的钛量的多少. 6.学位论文 屈璟林 电致发热多孔SiC陶瓷制备工艺的优化与应用研究 2007 碳化硅材料是共价键极强的化合物，具有良好的高温性能、电性能、机械性能和化学性能。采用碳化硅材质制备多孔陶瓷，可将碳化硅陶瓷的优良 性能和多孔陶瓷的应用有机结合起来，具有广阔的应用前景。 本文采用网格堆积法制备多孔SiC陶瓷，研究了各种不同工艺因素对多孔碳化硅陶瓷 性能的影响，并对其制备工艺进行了优化。应用XRD、SEM、欧姆法等手段，对多孔陶瓷的性能以及微观结构作了分析与探讨。另外还对电致发热多孔 SiC陶瓷的应用进行了研究，分析了其发热能力、对气体的净化能力、对微粒的捕集能力和捕集后的再生能力。 在前期实验的基础上，本文分别对 制备过程中的干燥制度和素烧的升温制度进行了优化，有效地提高了成品率。确定的最佳烧结温度为2200℃、烧结时间为21分钟。通过对各加入组分的 优选，得出了在对粗(100μm～200μm)和细(0μm～50μm)两种碳化硅颗粒进行颗粒级配时，当细颗粒加入量范围在0～9％之间，试样显示出了良好的综 合性能；当SiC加入量为50％时为最佳点，此时的电阻率为最小值0.162Ω·cm；当成孔剂的加入量控制在12～16％之间时，试样综合性能较佳。 通过测试，试样具有良好的三维贯通网络结构，主孔径在400μm左右，微孔道通过多个窗口与其它孔道相连，微主孔道直径为15μm左右；此外，试样具 有优异的抗热震性能和渗透性能，耐酸率为97.55％，耐碱率为92.82％，经酸煮过和经碱煮过的抗折强度损失率分别为4.20％和10.80％。 在应用 研究中，试样在通电状况下对CO气体和HC气体的转化率分别达到79％和90％；在静态和动态下的再生效率分别能达到92％和76％；在未通电状况下对微 粒的净化效率为62％。 7.学位论文 张兆泉 碳化硅陶瓷的胶态成型研究 2000 该文提出一种新的用于制备碳化硅陶瓷素坯的胶态成型工艺--反应诱导凝胶化浇注成型,并研究了与之相关的粉体处理、高浓浆料的制备及其流变学 特性等内容.该文提出,受表面大约3-5nm厚的无定形氧化硅层的影响,碳化硅颗粒的胶体性质决定于氧化硅水的界面特性,因此碳化硅浆料也会象氧化硅溶 胶一样发生凝胶,并可通过这一过程制备碳化硅素坯.该文采用小幅震荡剪切技术研究了固化过程的流变学.结果表明体系的固化速度及成型体的弹性模量 (G)与体系的初始pH值、最终pH值及pH值变化的速度都有关系.进一步的分析指出,碳化硅颗粒的结合是通过在表面的氧化硅层之间形成Si-O-Si键发生的 .该文研究了碳化硅粉体的特性及处理工艺.一种方法是采用易分解的电解质溶液进行洗涤,另一种是用金属络合物进行处理.这两种方法都可以大大改善 粉体的分散性,并可将浆料的最高固相体积分数从57﹪左右提高到62﹪以上.该文还研究了高浓碳化硅浆料的流变特性.通过对拟合所得参数的分析,讨论 了浆料的剪切变稀及剪切增厚特性.最后采用该文所提出的方法,成型了具有复杂形状的碳化硅陶瓷素坯并进行了初步的烧结实验. 8.期刊论文 赵海涛.武小娟.张罡.马瑞廷.李喜坤.ZHAO Hai-tao.WU Xiao-juan.ZHANG Gang.MA Rui-ting.LI Xi- kun 多孔碳化硅陶瓷上镍铁氧体涂层的制备与性能 -过程工程学报2008,8(4) 以Ni(NO3)2和Fe(NO3)3、丙烯酰胺、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为原料,采用高分子凝胶法在多孔碳化硅陶瓷表面包覆了镍铁氧体涂层.着重研究了包 覆涂层的表面形貌、复合材料的晶相及电磁性能.结果表明,当煅烧温度为600℃时,在多孔陶瓷表面有立方晶系尖晶石结构的NiFe2O4晶相生成.随着煅烧 温度的升高,多孔陶瓷表面形成的镍铁氧体晶体晶型趋向完整.涂层完整、致密、均匀.多孔碳化硅陶瓷为介电损耗材料,孔径为113 mm的多孔碳化硅陶瓷 基体的电磁性能优于孔径为1.0 mm的多孔碳化硅陶瓷.包覆镍铁氧体涂层的多孔碳化硅陶瓷表现出较好的磁损耗特性,复磁导率的虚部最大值可达0.4. 9.期刊论文 曹小明.张劲松.胡宛平.杜庆洋.CAO Xiaoming.ZHANG Jinsong.HU Wanping.DU Qingyang 泡沫碳化硅 陶瓷表面原位生长碳化硅晶须 -材料研究学报2006,20(3) 采用固相和液相反应法在泡沫碳化硅陶瓷骨架表面原位生长碳化硅晶须,研究了催化剂和反应温度的影响.结果表明,催化剂氯化镍的作用使硅与碳直 接反应生长出细长的碳化硅晶须.在适当的反应温度下生长的碳化硅晶须的表面光滑,线径比较大,有少量的呈弯曲状或竹节状;反应温度过高使得硅晶须 的缺陷较多.在泡沫碳化硅陶瓷骨架的表面原位生长出碳化硅晶须属于LS生长机理.具有表面晶须的碳化硅陶瓷以深床体积过滤的方式用于过滤柴油机汽 车尾气中的碳颗粒,表面晶须既能提高泡沫陶瓷过滤器的过滤能力,又有利于过滤器的再生. 10.会议论文 潘紫霄.潘伟.李荣缇.李建强 等离子放电烧结法制备碳化硅陶瓷 2002 介绍以超细碳化硅为原料,以铝粉为助烧剂,采用等离子放电烧结法制备碳化硅,并研究了铝含量和对碳化硅陶瓷的力学性能和显微结构的影响.采用 等离子放电烧结法,通过快速升温,并加以45Mpa左右的压力,可以在较短时间内和较低温度下得到细晶粒的致密碳化硅.适量铝粉的加入可以显著降低碳化 硅烧结的初始温度,促进碳化硅的致密化.力学性能测试表明,随铝含量的增加,碳化硅性能改善,当铝含量超过3﹪时,碳化硅性能又随之下降.含铝3﹪(质 量分数)的碳化硅样品相对密度达99﹪,抗弯强度达670Mpa. 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_mkjx200607044.aspx 下载时间：2010年1月9日