1、莫來(lái)石莫來(lái)石-SiC-Al2O3復(fù)合材復(fù)合材料的制備以及性能測(cè)試料的制備以及性能測(cè)試第一組：柴大霞唐建第一組：柴大霞唐建周妤蓮崔嵬周妤蓮崔嵬目目 錄錄一、引言一、引言二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論四、結(jié)論四、結(jié)論引引 言言一、問(wèn)題由來(lái)一、問(wèn)題由來(lái)l 氧化鋁陶瓷具有機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、氧化鋁陶瓷具有機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、l耐磨、耐高溫、耐腐蝕、電絕緣性高和耐磨、耐高溫、耐腐蝕、電絕緣性高和l介電損耗低等特點(diǎn)，由于其在應(yīng)力作用介電損耗低等特點(diǎn)，由于其在應(yīng)力作用l下難以發(fā)生塑性變形和位錯(cuò)滑移，所以下難以發(fā)生塑性變形和位錯(cuò)滑移，所以l具有高脆性和均勻性差等致命弱點(diǎn)，

2、影具有高脆性和均勻性差等致命弱點(diǎn)，影l(fā)響了它的應(yīng)用。響了它的應(yīng)用。l 因此，提高氧化鋁陶瓷的韌性是急待因此，提高氧化鋁陶瓷的韌性是急待l解決的重要問(wèn)題。解決的重要問(wèn)題。二、解決方法二、解決方法 通過(guò)多相復(fù)合來(lái)改善材料的相關(guān)性能是通過(guò)多相復(fù)合來(lái)改善材料的相關(guān)性能是材料改性的重要手段之一。材料改性的重要手段之一。 目前常用的方目前常用的方法有兩大類。法有兩大類。 一類一類是采用機(jī)械或物理化學(xué)的方法。這是采用機(jī)械或物理化學(xué)的方法。這種方法是在陶瓷基體中直接加入第二相種方法是在陶瓷基體中直接加入第二相(增增韌增強(qiáng)劑韌增強(qiáng)劑)，即在基體的粉末中加入第二相，即在基體的粉末中加入第二相的纖維、晶須或顆?；旌?/p>

3、后燒結(jié)。由于第的纖維、晶須或顆粒混合后燒結(jié)。由于第二相和基體之間的差異，顆粒的分布均勻二相和基體之間的差異，顆粒的分布均勻性較難解決，影響了其發(fā)展應(yīng)用。性較難解決，影響了其發(fā)展應(yīng)用。 另一類另一類是利用主晶相和基質(zhì)之間的物理是利用主晶相和基質(zhì)之間的物理化學(xué)反應(yīng)，在二者之間的晶界上原位生成化學(xué)反應(yīng)，在二者之間的晶界上原位生成第二相或彌散相，即原位反應(yīng)，由于原位第二相或彌散相，即原位反應(yīng)，由于原位反應(yīng)具有反應(yīng)具有熱力學(xué)穩(wěn)定性、易獲得超細(xì)高純熱力學(xué)穩(wěn)定性、易獲得超細(xì)高純的原位反應(yīng)物和優(yōu)良的界面結(jié)合狀態(tài)的原位反應(yīng)物和優(yōu)良的界面結(jié)合狀態(tài)等優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。目前，得到了學(xué)者廣泛的關(guān)注與研究。點(diǎn)。目前，得到了學(xué)者廣

4、泛的關(guān)注與研究。 本課題主要采用了原位反應(yīng)的機(jī)理，從本課題主要采用了原位反應(yīng)的機(jī)理，從而制備相關(guān)的復(fù)合陶瓷材料。而制備相關(guān)的復(fù)合陶瓷材料。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路路混合混合氧化氧化 反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)將亞微米級(jí)將亞微米級(jí)SiC和和Al2O3均勻混合壓制成坯體，再將坯均勻混合壓制成坯體，再將坯體氧化處理使體氧化處理使SiC粒子部分氧化，亞微米級(jí)粒子部分氧化，亞微米級(jí)SiC顆粒氧顆粒氧化，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：化，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：SiC+2O2SiO2 +CO2，使得，使得SiC顆粒的表層部分氧化生成顆粒的表層部分氧化生成SiO2，然后把經(jīng)過(guò)氧化后，然后把經(jīng)過(guò)氧化后的的SiO2與與Al2O3在無(wú)壓燒

5、結(jié)的情況下發(fā)生原位反應(yīng)，從在無(wú)壓燒結(jié)的情況下發(fā)生原位反應(yīng)，從而生成莫來(lái)石顆粒相而生成莫來(lái)石顆粒相(3Al2O32SiO2)。四、主要研究?jī)?nèi)容四、主要研究?jī)?nèi)容 本論文采用工業(yè)中廣泛應(yīng)用的亞微米級(jí)氧化鋁粉和碳化硅作為原材料，利用原位反應(yīng)機(jī)理，采用單面加壓的形式，無(wú)壓燒結(jié)制備Al2O3/SiC復(fù)合陶瓷，并通過(guò)X-ray分析莫來(lái)石化的程度，用SEM觀察斷面形貌，用維氏硬度計(jì)測(cè)量其表面硬度、以及膨脹率（線變化）等方面的性能。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)一、擬采取的技術(shù)路線一、擬采取的技術(shù)路線v為了減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，提高效率，本實(shí)驗(yàn)擬采用四因素三水平的正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)如下表所示 ：二、實(shí)驗(yàn)方案的制定二、實(shí)驗(yàn)

6、方案的制定所在列所在列1234因素因素溫度溫度時(shí)間時(shí)間結(jié)合劑結(jié)合劑配比配比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)114004水水6：94實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)214006紙漿廢紙漿廢液液8：92實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)314008淀粉淀粉10：90實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)415004紙漿廢紙漿廢液液10：90實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)515006淀粉淀粉6：94實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)615008水水8：92實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)716004淀粉淀粉8：92實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)816006水水10：90實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)916008紙漿廢紙漿廢液液6：94三、溫度制度的制定三、溫度制度的制定 燒成試樣整體圖燒成試樣整體圖四、燒成制品四、燒成制品實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論一、一、XRD分析分析 由右直觀分析表可知：由右直觀分析表可知：溫

7、度對(duì)莫來(lái)石化影響溫度對(duì)莫來(lái)石化影響最大，其次是配比，最大，其次是配比，時(shí)間和結(jié)合劑。時(shí)間和結(jié)合劑。所在列所在列1234莫來(lái)石含量莫來(lái)石含量因素因素溫度溫度時(shí)間時(shí)間結(jié)合劑結(jié)合劑配比配比結(jié)果結(jié)果實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)111110實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)212223實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3133310實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4212350實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)5223130實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)6231230實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)7313240實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)8321340實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)933210均值均值14333300002333310000均值均值236667243331766724333均值均值3266671333326667333339個(gè)實(shí)驗(yàn)的X衍射圖譜時(shí)間溫度140015001600400005000

8、040000630003000040000810000300000000 溫度和時(shí)間交互作用表溫度和時(shí)間交互作用表效應(yīng)曲線圖效應(yīng)曲線圖結(jié)合劑溫度（）140015001600水0.00030.00040.000紙漿廢液3.00050.0000.000淀粉10.00030.00040.000溫度和結(jié)合劑作用表溫度和結(jié)合劑作用表 以上圖表此分別得以上圖表此分別得結(jié)論結(jié)論：溫度對(duì)莫來(lái)石的生成影：溫度對(duì)莫來(lái)石的生成影響最大，其次是配比，保溫時(shí)間和結(jié)合劑。并以響最大，其次是配比，保溫時(shí)間和結(jié)合劑。并以15001500保溫保溫4 4小時(shí)配比為小時(shí)配比為1010：9090的紙漿廢液制備的的紙漿廢液制備的復(fù)合陶

9、瓷生成的莫來(lái)石的含量最高，可達(dá)到復(fù)合陶瓷生成的莫來(lái)石的含量最高，可達(dá)到50%50%（如下圖所示）。（如下圖所示）。所在列1234維氏硬度值因素溫度時(shí)間結(jié)合劑配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)11111215.7實(shí)驗(yàn)21222373.7實(shí)驗(yàn)31333154.1實(shí)驗(yàn)42123547.5實(shí)驗(yàn)52231420.8實(shí)驗(yàn)62312353實(shí)驗(yàn)73132464.9實(shí)驗(yàn)83213279.6實(shí)驗(yàn)93321626.9均值1247.833409.367282.767421.133均值2440.433358.033516.033397.200均值3457.133378.000346.600327.067極差209.30051.33423

10、3.26694.066所在列234溫度（）因素時(shí)間（小時(shí)）結(jié)合劑-維氏硬度1400實(shí)驗(yàn)14水21571400實(shí)驗(yàn)26紙漿廢液3737.1400實(shí)驗(yàn)38淀粉15411500實(shí)驗(yàn)44紙漿廢液54751500實(shí)驗(yàn)56淀粉42081500實(shí)驗(yàn)68水3531600實(shí)驗(yàn)74淀粉46491600實(shí)驗(yàn)86水27961600實(shí)驗(yàn)98紙漿廢液6269二、維氏硬度分析與討論二、維氏硬度分析與討論直觀分析表直觀分析表實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果表表所在列1234維氏硬度值因素溫度時(shí)間結(jié)合劑配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)11111215.7實(shí)驗(yàn)21222373.7實(shí)驗(yàn)31333154.1實(shí)驗(yàn)42123547.5實(shí)驗(yàn)52231420.8實(shí)驗(yàn)623

11、12353實(shí)驗(yàn)73132464.9實(shí)驗(yàn)83213279.6實(shí)驗(yàn)93321626.9均值1247.833409.367282.767421.133均值2440.433358.033516.033397.200均值3457.133378.000346.600327.067極差209.30051.334233.26694.066直觀分析表直觀分析表結(jié)合劑溫度（）140015001600水215.700353.000279.600紙漿廢液373.700547.500626.900淀粉154.100420.800464.900效應(yīng)曲線圖效應(yīng)曲線圖溫度和結(jié)合劑交互作用表溫度和結(jié)合劑交互作用表結(jié)合劑結(jié)合劑溫

12、度（溫度（）140015001600水水215.700353.000279.600紙漿廢液紙漿廢液373.700547.500626.900淀粉淀粉154.100420.800464.900效應(yīng)曲線圖效應(yīng)曲線圖時(shí)間（小時(shí)）時(shí)間（小時(shí)）溫度（溫度（）1400150016004215.700547.500464.9006373.700420.800279.6008154.100353.000626.900 溫度和結(jié)合劑交互作用表溫度和結(jié)合劑交互作用表溫度和時(shí)間交互作用表溫度和時(shí)間交互作用表掃描電鏡圖掃描電鏡圖SiCSiCMAMAA斷口形貌的斷口形貌的SEMSEM分析分析 A SiCMA線變化分析線變化分析 所在列1234維氏硬度值因素溫度時(shí)間結(jié)合劑配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)11111215.7實(shí)驗(yàn)21222373.7實(shí)驗(yàn)31333154.1實(shí)驗(yàn)42123547.5實(shí)驗(yàn)52231420.8實(shí)驗(yàn)62312353實(shí)驗(yàn)73132464.9實(shí)驗(yàn)83213279.6實(shí)驗(yàn)93321626.9均值1247.833409.367282.767421.133均值2440.433358.033516.033397.200均值3457.133378.000346.600327.067極差209.30051.334233.26694.066時(shí)間溫度140015001