多孔重結晶碳化硅陶瓷的燒結頸結構調控與力學性能

摘要：結合氣固反應和重結晶燒結,制備了燒結頸結構可控的多孔重結晶SiC陶瓷。首先以微米SiC顆粒作為骨架,通過SiO氣體和納米炭黑的高溫氣固反應得到納米碳化硅均勻分布的預燒結體;再對預燒結體進行重結晶處理,通過納米SiC顆粒的低溫蒸發凝聚獲取高純度的SiC多孔陶瓷。研究了重結晶過程中燒結溫度對多孔SiC陶瓷的燒結頸、顯微形貌、以及力學性能的影響規律。結果表明:SiC晶粒之間的燒結頸參數(燒結頸直徑/微米SiC晶粒直徑,d/d0)決定了多孔材料的抗彎強度。隨著燒結溫度增加,納米SiC顆粒的飽和蒸氣壓升高,加速了蒸發–凝聚的進行,物質傳輸總量增加,多孔SiC材料的d/d0值增加,抗彎強度迅速升高,達到峰值后,基本保持不變或者略有下降。溫度高于2100℃時,骨架SiC微米顆粒會發生分解反應產生殘碳,導致材料的抗彎強度降低。原位合成的納米SiC含量為20%,在Ar氣氛中于2000℃保溫1h后,材料組織性能最優,燒結頸面積的平均值為15.91μm2,d/d0值為99.7%,氣孔率為42.4%,抗彎強度高達75.7MPa,其性能優于商用柴油顆粒物過濾材料。