凝胶注模成型工艺制备SiCwAl2O3陶瓷复合材料的性能研究.pdf

《凝胶注模成型工艺制备SiCwAl2O3陶瓷复合材料的性能研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《凝胶注模成型工艺制备SiCwAl2O3陶瓷复合材料的性能研究.pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第3 7 卷增刊22 0 0 8 年5 月稀有金属材料与工程R A R EM E T A L I A T E R I A L SA N DE N G q E E R I N GY 0 1 3 7，S u p p l 2M a y2 0 0 8P r e p a r a t i o no fS i C w|入1 2 0 3C e r a m i cC o m p o s i t eb yG e l Ca s t i n gL iS h a o c h u nl，D a iC h a n g h o n g2(1 D e p a r t m e n to f M a t e r i a l sS

2、c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，Z h e j i a n gU n i v e r s i t y,H a n g z h o u3 1 0 0 2 7，C h i n a)(2 D e p a r t m e n to fE n v i r o n m e n t a la n dM u n i c i p a lE n g i n e e r i n g，Q i n g d a oT e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t y,Q i n g d a o2 6 6 0 3 3，C h i n a)A b

3、 s t r a c t：P r e p a r a t i o no fc o n c e n t r a t e dS i C。久1 2 0 3s l u r r yw i t hl o wv i s c o s i t ya n dh i g hs o l i dv o l u m el o a d i n gw a ss t u d i e d T w of a c t o r s，t h ea s p e c tr a t i oa n dt h ef r a c t i o no fS i Cw h i s k e r,w h i c hi n f l u e n c e dt h

4、 ev i s c o s i t yo f t h ec e r a m i cs l u r r y,w e r ei n v e s t i g a t e d T h ee f f e c to ft h ef r a c t i o no fS i Cw h i s k e ro nt h er e l a t i v ed e n s i t ya n dt h ef r a c t u r et o u g h n e s so ft h eg r e e nb o d i e sf o r m e db yg e l c a s t i n go fS i C,J A l 2

5、0 3c e r a m i cs l u r r yw e r ed i s c u s s e d T h em i c r o s t r u c t u r eo ft h eg r e e nb o d i e sw a so b s e r v e db yS E M T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ev i s c o s t r yo ft h ec e r a m i cs l u r r yi n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ea s p e c tr a t

6、i oa n dt h ef r a c t i o no fS i C _ W i t ht h ec o n t e n to fS i Cw h i s k e ri n c r e a s i n g，t h eb e n d i n gs t r e n g t hs h o w e das i m i l a rt r e n do fi n c r e a s i n gf i r s t l yb u tt h e nd e c r e a s i n gf o rt w ow h i s k e r s H e n c e，t h eo p t i m a lm e c h

7、a n i c a lp r o p e r t i e so f3 8 5M P af o rb e n d i n gs t r e n g t hw e r eo b t a i n e dw h e nt h ec o n t e n to fS i Cw h i s k e rw a s1 0w t T h ep u l l o u to fr o u g hw h i s k e r s，c r a c kd e f l e c t i o na n dw h i s k e rb r i d g i n ga r er e s p o n s i b l ef o rt h ei

8、 m p r o v e m e n to nb e n d i n gs t r e n g t h H o w e v e r,t h er e l a t i v ed e n s i t yd e c r e a s e dw i t ht h ec o n t e n to fS i Cw h i s k e ri n c r e a s i n g S E Mm i c r o g r a p h so fS i C w A 1 2 0 3c o m p o s i t e ss h o wt h a tS i Cw h i s k e r sh o m o g e n e o u

9、 s l yd i s t r i b u t ei nA 1 2 0 3m a t r i x K e yw o r d s：S i Cw h i s k e r s；S i C w f 八1 2 0 3c e r a m i cc o m p o s i t e；g e l c a s t i n gC L Cn u m b e r：T Q l 7 4 7 5 8D o c u m e n tc o d e：AA r t i c l eI D：1 0 0 2 1 8 5 X(2 0 0 8)S 2-5 2 5-0 41I n t r o d u c t i o nI th a sb e e

10、 nk n o w nt h a tt h eS i C W A 1 2 0 3s y s t e mi sp r o b a b l yo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ts y s t e m sb e c a u s eb o t ht h em a t r i xa n dr e i n f o r c e m e n tp h a s e sh a v eb e e nw e l ls t u d i e d T h ei n c o r p o r a t i o no fS i Cw h i s k e r si n t oA 1 2 0 3

11、h a s b e e ns h o w nt op r o d u c es i g n i f i c a n ti n c r e a s ei nf l e x u r es t r e n g t h，f r a c t u r e t o u g h n e s s，r e s i s t a n c et ot h e r m a ls h o c k，f a t i g u e，a n dc r e e pd e f o r m a t i o n T h ei n c r e a s ei nt o u g h n e s si sa t t r i b u t e dt o

12、s e v e r a le n e r g y-a b s o r b i n gp r o c e s s e s，p a r t i c u l a r l yc r a c kd e f l e c t i o na n dc r a c kb r i d g i n gb yt h ew h i s k e r sa n dw h i s k e rp u l l o u t T h ek e yi s s u ei np r e p a r i n gt h eS i C，|八1 2 0 3c e r a m i cc o m p o s i t ei sh o wt od i s

13、 p e r s eS i Cw h i s k e r si nA 1 2 0 3m a t r i xh o m o g e n e o u s l y1 1 硼G e l c a s t i n gi sa l la t t r a c t i v en e a r-n e t s h a p ec e r a m i cf o r m i n gt e c h n i q u ef o rm a k i n gh i g h-q u a l i t yc o m p l e x-s h a p e dc e r a m i cp a r t s I nt h i sp r o c e

14、s s，h i g hs o l i dl o a d i n gc e r a m i cs l u r r yo b t a i n e db yd i s p e r s i n gt h ep o w d e r si nap r e m i x e dm o n o m e rs o l u t i o ni sc a s ti nam o l do ft h ed e s i r e ds h a p e A f t e ra d d i n ga ni n i t i a t o ra n dc a t a l y s tt h ee n t i r es y s t e mp

15、o l y m e r i z e si ns i t ua n dg r e e nb o d i e sw i t he x c e l l e n tm e c h a n i c a lp r o p e r t yb u taf e wp e r c e n t so fp o l y m e rc a nb eo b t a i n e d T h u s，t h ed r i e dg r e e nb o d yC a l lb em a c h i n e de a s i l ya n dt h et i m e c o n s u m i n gb i n d e rb

16、u r n i n go u tp r o g r a mc a nb ee x c l u d e d 8-1 3 1 T h ep r e s e n tw o r ka t t e m p t st op r e p a r et h eS i C。|K 1 2 0 3c e r a m i cc o m p o s i t eb yg e l c a s t i n g R e s u l t so fd e t a i l e di n v e s t i g a t i o no ft h eS i C w h i s k e rp a r a m e t e r si n c l

17、 u d i n ga s p e c tr a t i oa n di t sc o n t e n ta r ep r e s e n t e d 2E x p e r i m e n t a lS i cw h i s k e r sw e r es y n t h e s i z e db yt h em e t h o do fD a ie ta l 1 4 J T w 0k i n d so fS i Cw h i s k e r sh a v eb e e nu s e da sr e i n f o r c e m e n ti nt h i ss t u d y,o n eb

18、 a t c hw i t hah i g ha s p e c tr a t i ob e t w e e n15 0,-2 0 0a sr e c e i v e d，a n o t h e rw i t hal o wa s p e c tr a t i ob e t w e e n15 2 5a sr e c e i v e d，r e s p e c t i v e l y,l a b e l e dS i C，1a n dS i C 们T h em o r p h o l o g i c a lc h a r a c t e ro ft h et w oS i Cw h i s k

19、 e r sw a ss h o w ni nF i g 1 T h es t a r t i n gc e r a m i cp o w d e ru s e di nt h i se x p e r i m e n tw i t ha na v e r a g ep a r t i c l es i z eo f2t u nw a sac o m m e r c i a lh i g h p u r i t ya-A 1 2 0 3p o w d e r T h eg e l c a s t i n gp r o c e s si ss i m i l a rt ot h a td e s

20、 c r i b e di np r e v i o u ss t u d i e s【1。Ap r e m i xs o l u t i o nw a sp r e p a r e dR e e e i v e dd a t e：2 0 0 7-1 1-0 8B i o g r a p h y：L iS h a o c h u n,C a n d i d a t ef o rP h D，D e p a r t m e n to f M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，Z h e j i a n gU n i v e

21、 r s i t y，H a n g z h o u3 1 0 0 2 7，El 乙C h i n a，T e l：0 0 8 6 5 7 1 8 7 9 5 1 4 0 8，E-m a i l：s e a m a n 0 2 9 4 1 2 6 c o r n万方数据稀有金属材料与工程第3 7 卷b yd i s s o l v i n ga no r g a n i cm o n o m e r,a c r y l a m i d e(A M，H 2 C=C H C O N H 2)，ac r o s s l i n k e r,N，N-m e t h y l e n e b i s a

22、c r y l a m i d e(M B A M，C T H l o N 2 0 2)a n dap o l y e l e c t r o l y t e sd i s p e r s a n t，a m m o n i u mp o l y a c r y l a t e(P A A N H 3 M w=3 0 0 0-5 0 0 0)i nd i s t i l l e dw a t e r T h eS i C。a n dt i l eA 1 2 0 3p o w d e r sw e r es u s p e n d e di nt h ep r e m i x e ds o l

23、u t i o na n db a l l m i l l e df o r8hi np l a n e t a r yb a l lm i l l A f t e rb a l l m i l l i n g，t h es l u r r yw a sd e g a s s e di nar o t a r ye v a p o r a t o ru n d e rv a c u u mu n t i ln of u r t h e rr e l e a s eo fa i rb u b b l e sw a so b s e r v e d T h ep o l y m e r i z a

24、 t i o no ft h ea b o v es l u r r yw a si n i t i a t e db ya d d i n ga ni n i t i a t o r,a m m o n i u mp e r s u l f a t e(A P S，(N H 4)2 S 2 0 8)I m m e d i a t e l ya f t e rt h ea d d i t i o no ft h ei n i t i a t o r,t h er e a c t i o nw a sa c c e l e r a t e dw i t hac a t a l y s t，N，N

25、，N N -t e t r a-m e t h y l e t h y l e n e d i a m i n e(T E M E D，C 6 H 1 6 N 2)T h es l u r r yw a st h e nc a s t e di n t oag l a s sm o l d A f t e rt h em o n o m e r sp o l y m e r i z e d，t h eg r e e nb o d yw a sd e m o l d e da n dd r i e da tr o o mt e m p e r a t u r eu n d e rc o n t

26、r o l l e dh u m i d i t yt oa v o i dc r a c k i n ga n dn o n-u n i f o r ms h r i n k a g ed u et or a p i dd r y i n g F i g 1S E Mm i c r o g r a p ho fS i Cw h i s k e r s：(a)s i C w la n d(b)S i C k 2T h ev i s c o s i t yo ft h es l u r r yw a sm e a s u r e db yar o t a r yv i s c o m e t e

27、 r(N D J 一5 s，C h i n a)T h ed r i e dg r e e nb o d i e sw e r ec u ta n dg r o u n di n t os p e c i m e n so fa b o u t3n m 4n m x 3 6m mf o rt h eb e n d i n gs t r e n g t hm e a s u r e m e n t T h e i rm e c h a n i c a ls t r e n g t hw a se x a m i n e db yt h r e e p o i n tb e n d i n gt

28、e s tw i t hs p a c eo f3 0m m(c r o s s h e a ds p e e do fO 5m m m i n)T h ed e n s i t yo ft h eg r e e nb o d i e sw a sd e t e r m i n e du s i n gA r c h i m e d e s p r i n c i p l e T h em o r p h o l o g yo ft h ed r i e dg r e e ns p e c i m e n sw a so b s e r v e dw i t has c a n n i n g

29、e l e c t r o nm i c r o s c o p e(S 一3 5 0 0 N，J a p a n)3R e s u l t sa n dD i s c u s s i o n3 1E f f e c to fa s p e c tr a t i oa n df r a c t i o no fw h i s k e r so nt h ev i s c o s i t yo ft h es l u r r yI t i so nt h eo n eh a n db e n e f i c i a lt oo b t a i nas o l i dl o a d i n ga

30、sh i g ha sp o s s i b l ei no r d e rt ob e R e rc o n t r o lt h ef i n a lg e o m e t r yo ft h ep a r t，a n dt oa c h i e v eh i g h e rd i m e n s i o n a lt o l e r a n c e sb ym i n i m i z i n gt h ep o s s i b l ed i s t o r t i o nd u r i n gd r y i n ga n ds i n t e r i n gs h r i n k a g

31、 e O nt h eo t h e rh a n d，t h es h a p i n go fi n t r i c a t ep a n sr e q u i r e st h es l u r r yt oe a s i l yf i l lm o u l d so fp o s s i b l ec o m p l e xg e o m e t r yT h i si nt u r nm e a n st h a tt h ev i s c o s i t yo ft h es l u r r yh a st ob ek e p tb e l o ws o m ea c c e p

32、t a b l el e v e l，w h i c hi sl o w e rt h a n10 0 0m P a s 1 5 1 I nt h i ss t u d y,t h es o l i dl o a d i n gi s5 0v 0 1 I n f l u e n c eo fa s p e c tr a t i oa n df r a c t i o no f S i Cw h i s k e ro nt h ea p p a r e n tv i s c o s i t yf o rS i C。IK 1 2 0 3s l u r r yi ss h o w ni nF i g

33、 2 T h e s er e s u l t sc o n f i r mt h a tS i Cw h i s k e r sc o n c e n t r a t i o na n da s p e c tr a t i os t r o n g l yi n f l u e n c e dt h ev i s c o s i t yo fs l u r r y I ti ss h o w nt h a tt h ev i s c o s i t yo fS i C w|K 1 2 0 3s l u r r yl i n e a r l yi n c r e a s e sw i t h

34、i n c r e a s i n gt h ec o n t e n ta n dt h ea s p e c tr a t i oo f S i Cw h i s k e r s T h eh i g h e s tf r a c t i o nf o rS i C。|入1 2 0 3s l u r r yp r e p a r a t i o ni s15 w t i ng e l c a s t i n g F i g 2E f f e c t so fS i Cw h i s k e ro nv i s c o s i t yo fs u s p e n s i o nT h er

35、e l a t i o n s h i pa m o n gt h ev i s c o s i t y,t h ea s p e c tr a t i oo fw h i s k e r sa n dt h ef r a c t i o no fw h i s k e r sf o rc e r a m i cs l u r r yc a nb em o d e l e da s 1 6 1 r=l+(2 5+J。1 6)#w h e r e 玎i st h ev i s c o s i t yo ft h es l u r r y,Ji st h ea s p e c tr a t i o

36、o fw h i s k e r sa n d 西i st h ef r a c t i o no fw h i s k e r s 3 2R e l a t i v ed e n s i t yT h er e l a t i v ed e n s i t yo fg r e e nb o d i e sv s f r a c t i o no fS i Cw h i s k e ri ss h o w ni nF i g 3 I ti sc l e a rt h a tt h er e l a t i v ed e n s i t yo ft h eg r e e nb o d i e s

37、d e c r e a s e sw i t hi n c r e a s i n gt h eS i C，F r a c t i o n w t F i g 3E f f e c to fS i Cw h i s k e rf r a c t i o no nt h er e l a t i v ed e n s i t yo fg r e e nb o d i e s白山吕、扫Isoo誉Is矗lQ喜一0H万方数据增刊2L iS h a o c h I l I le ta l：P r e p a r a t i o no fS i C,A 1 2 0 3C e r a m i cC o m

38、p o s i t eb yG e l-C a s t i n g。5 2 7 c o n t e n to fS i Cw h i s k e r s T h er e l a t i v ed e n s i t yo ft h eg r e e nb o d i e si so n l y4 5 w h e nt h ef r a c t i o no fS i Cw h i s k e ri s2 0 w t O nt h eo n eh a n d，i tc a nb ei n f e r r e dt h a tt h ep o r o s i t yi n c r e a s e

39、 sw i t hi n c r e a s i n gS i Cw h i s k e rc o n t e n t O nt h eo t h e rh a n d，S i Cw h i s k e rh a sal o w e rv o l u m ed e n s i t yt h a nA 1 2 0 3，t h ea c t u a ld e n s i t ys h o u l dd e c r e a s ew i t hi n c r e a s i n gS i Cw h i s k e r sc o n t e n t 3 3B e n d i n gs t r e n

40、g t hT h eb e n d i n gs t r e n g t ho ft h eS I C,A 1 2 0 3g r e e nb o d i e si ss h o w ni nF i g 4 W i t hi n c r e a s i n gt h ec o n t e n to fS i Cw h i s k e r,t h eb e n d i n gs t r e n g t ho ft h em a t e r i a l ss l i g h t l yi n c r e a s e df i r s t l y,a n dt h e nd e c r e a s

41、e dw h e nt h ec o n t e n to f S i Cw h i s k e re x c e e d e dl0w t f o rS i C w la n d1 3w t f o rS i C w 2 F o rS i C w l，w h e nw h i s k e rc o n t e n ti sa b o u t1 0w t，t h eo p t i m a lb e n d i n gs t r e n g t hi s3 8 5M P a，a n df o rS i C,眩，w h e nw h i s k e rc o n t e n ti sa b o u

42、 t13w t，t h eo p t i m a lb e n d i n gs t r e n g t hi s3 2 2M P a T h es u b s t a n t i a li m p r o v e m e n ti nf l e x u r a ls t r e n g t ha n df r a c t u r et o u g h n e s sw a sa c h i e v e db yl o a dt r a n s f e ra n do t h e rm e c h a n i s m s，s u c ha sc r a c kd e f l e c t i o

43、 n，c r a c kb o w i n g，w h i s k e rb r i d g i n ga n d w h i s k e rp u l l o u t B u tt h ea g g l o m e r a t i o no fS i Cw h i s k e r sr e s u l t si nt h ed e c r e a s i n go fb e n d i n gs t r e n g t h S i C。F r a c t i o n w t F i g 4E f f e c t so fS i Cw h i s k e ro nb e n d i n gs

44、t r e n g t ho fg r e e nb o d i e sT w op o s s i b l ea p p r o a c h e se x i s t e dw h e nt h ec r a c kt i pr e a c h e dt h ew h i s k e r s F i r s t，c r a c kd e f l e c t i o no c c u r r e dd u et ot h em i s m a t c hi nt h ee l a s t i cm o d u l u sb e t w e e nS i Cw h i s k e r sa n

45、dA 1 2 0 3m a t r i x T h ed e f l e c t i o nl e n g t ho ft h ec r a c km a i n l yd e p e n d e do nt h er a d i u s，l e n g t ha n ds t r e n g t ho ft h ew h i s k e r s F r o mF i g 4，i ta l s oc a nb es e e nt h a th i g h e ra s p e c tr a t i oo fS i Cw h i s k e r sr e s u l t e di nh i g

46、hb e n d i n gs t r e n g t h I ft h eh i g hs t r e s so nt h ec r a c kt i pw a sl a r g e rt h a nt h es t r e n g t ho ft h ew h i s k e r s i tb r o k et h ew h i s k e r sa n dt h u s r e s u l t e di nc r a c kb r a n c h i n g S u c hap r o c e s sa l s or e l e a s e dt h eh i g hs t r e s

47、sc o n c e n 仃a t e da tt h ec r a c kt i pa n di n h i b i t e dc r a c kp r o p a g a t i o ni nt h em a t r i x T h es e c o n da p p r o a c hw a si n t e r f a c i a ld e b o n d i n g W h e nt h es t r e s sa tt h ec r a c kt i pw a sn o th i g he n o u g ht ob r e a kt h ew h i s k e r,a n dt

48、 h ei n t e r f a c i a lf r a c t u r ee n e r g yw a sm u c hl o w e rt h a nt h a to ft h em a t r i xo nt h ew h i s k e r s，t h ec r a c kw o u l dp r o p a g a t ea l o n gt h ei n t e r f a c ea n dc a u s ei n t e r f a c ed e b o n d i n g【1 7 1 3 4M i c r o s t r u c t u r eT h eS E Mm i c

49、 r o g r a p h so fp o l i s h e ds u r f a c ea n df r a c t u r e ds u r f a c eo fS i C w A 1 2 0 3a r es h o w ni nF i g 5a n dF i g 6，r e s p e c t i v e l y F r o mF i g 5，i tc a nb eo b s e r v e dt h a tS i Cw h i s k e r sa r eh o m o g e n e o u s l yd i s t r i b u t e di nA 1 2 0 3m a t

50、r i x T h eb r i d g i n ga n dp u l l i n g-o u te f f e c to fS i Cw h i s k e r sa r e e a s i e rt ob eo b s e r v e df r o mF i g 6 T h ef r a c t u r es u r f a c eo ft h eg r e e nb o d i e sw a sq u i t er o u g h C r a c kd e f l e c t i n ga r o u n dt h ew h i s k e r sa n d w h i s k e r