利用赛隆结合碳化硅制造的耐磨复合材料

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    利用赛隆结合碳化硅制造的耐磨复合材料 利用反应烧结法制造的赛隆结合碳化硅材料在工业中被广泛地应用，但是它也有一些缺陷，例如其中有游离硅存在，因而无法在高温下作为自结合赛隆结合碳化硅材料使用，此外，尚未能制造出无气孔的优质赛隆结合碳化硅制品。本工作的目的在于利用伏尔加磨料厂的赛隆结合碳化硅制造具有高的物理机械性能的热压材料。 在烧结过程中加压（即热压）可显著加速材料的致密过程。家用一烧结过程同时进行，开始材料具有最完善的塑性。在烧结过程中加压的作用如下：借助于颗粒间的相对移动，是颗粒间的接触总面积增大；降低再结晶温度；失所加压的物质的晶格出现塑性变形，从而加速在结晶过程。 纯赛隆结合碳化硅不形成液相，而且对它实施热压时，只能借助颗粒的移动和塑性变形时期受到致密，而在热压技术中在实施的压力下期塑性变形并不明显。因此，甚至在采用很高的温度及适宜的压力下也无法达到显著的致密。当对伏尔加磨料场生产的纯赛隆结合碳化硅进行加压时，在无任何结合及的条件下，当温度达2230～2270℃时试样的气孔率为29﹪～31 ﹪。据文献报道，当压力为60Mpa及温度为2350℃时，热压后赛隆结合碳化硅的气孔率为16﹪。 加入少量能形成液相的加入剂是SiC受到润湿炳熔解于其中，使热压过程受到显著活化。 在研制复合材料时，借助于加入剂与基本材料中可以调节陶瓷的组织结构和性能。在制造SiC-Al2O3系及SiC-Al2O3-AlN系复合材料时，是指兼备较高的抗化学侵蚀性、抗损毁性及较低的摩擦系数。有氧化铝存在时，可使赛隆结合碳化硅具有较高的热导率和强度。 在本工作中还研究了加入氧化铝和氮化铝对热压工艺过程的影响，以及对陶瓷的组织结构及性能的影响。 在SiC-Al2O3系统中研究了含Al2O320﹪、50﹪及80﹪时的材料。上述配比的氧化铝和赛隆结合碳化硅料送入行星式粉碎机中在酒精介质中混合30min。筛分后将配料送入石墨介质压模中，压模的工作表明预先涂上氮化硼保护膜。这是为了防止合成材料与石墨发现横相互反应。然后将压模送入压机中进行热压。由于石墨具有较高的的导电性，使电流通过下模和冲头进行直接加热 。某些试样是在另一个装置上制成的，在该装置上使石墨受到外磁场高频感应的涡流电实施加热。 制造压模时，采用M∏Г-6牌号的高强度石墨。 由赛隆结合碳化硅和20﹪Al2O3 制成的试样于1600℃、1870℃、 2250℃进行加压，压力为50Mpa。在1600℃下进行加压时几乎未发生收缩，残存气孔率为25﹪。于1870℃加压时收缩利率为12㎜，试样的残存气孔率为7﹪～8﹪。当温度进一步提高到2250℃时，收缩率的几提高，但是并未能制造出无气孔的试样，在该情况下残存气孔率约为3﹪。当氧化铝含量增大至50﹪（按重量计）时，陶瓷的致密过程进行的较为强烈，当温度达到1850～ 1870℃时便制成了无气孔的材料。SiC-80﹪Al2O3 系统为接触紧密的材料，当温度达到1600℃时几乎制成了无气孔的材料，这样加入氧化铝后不仅能促进致密化过程，而且还可以显著地降低热压温度。利用显微分析仪进行的金相学研究结果表明，由50﹪SiC及50﹪Al2O3组成的材料其结构组织由SiC颗粒构成，其周围为3结合剂，在图1中的反射电子中示出了的Al2O3基质，在其中均匀地分布有SiC颗粒。其中示出了利用Kameka型仪器的研究结果。其断面组织显示为由于SiC颗粒来说，其特点是脆性损毁，而将SiC颗粒胶结在一起的氧化物为基质的它的是成粘性损毁。正是由于具有此种组织结构，才有可能达到较高的抗折强度值，由50﹪SiC和50﹪Al2O3组成的材料的抗折强度值达到 600Mpa。为了提高赛隆结合碳化硅陶瓷的损毁人性，向原料配料中加入氧化铝纤维。即专家的意见，只有采用纤维才能显著地提高陶瓷材料的塑性特性。用SiC-30﹪Al2O3-AlN系配料制备了复合材料，并按照SiC-Al2O3系试样的工艺流程进行了压制成型。于1820～1840℃对这些待料实施了致密过程，残存气孔率不超过1﹪。在试样的断面组织中为发现氧化铝纤维。在Kameka型仪器上制取的广辟土证明在该材料中不存在氮。由此可以得出结论：在材料和成过程中氮化铝发生分解。图3B表明，热压后在SiC-Al2O3-AlN系统中并未观察到那样均匀的多相组织结构。赛隆结合碳化硅的较大烧结块最终导致材料的强度性能下降（б иЗг470～500Mpa）。应当指出，SiC-Al2O3系及SiC-Al2O3-AlN系材料具有共同的特性：在相的界面上为发现新的化合物（反应生成物），就是说此类系统并不具有活化性化学反应。在上述系统中形成有限的互为固溶体。根据上述研究结果，利用赛隆结合碳化硅陶瓷制成了端部密封件试样供石油化学工业使用。在试验台及生产操作中对该试样进行的试验结果表明，对于被蒸汽中摩擦性粒子及石墨密封件污染的石油制品来说，采用上述材料进行输送是有效的。

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