论文摘要
以提高生产效率和提高材料性能为目的,以高纯碳化硅粉体为主要原料,加入塑性剂、润滑剂和乳化剂,采用挤出成型工艺技术制备高性能的碳化硅方梁。通过自制的泥料塑性测定仪、练泥机挤出力测定仪、阿基米德密度测定法、万能材料试验机和SEM等手段对泥料塑性、制品密度、材料强度和显微结构进行表征。研究了羟乙基纤维素和酚醛树脂作为塑性剂时,塑性剂、润滑剂和乳化剂的加入量对泥料塑性、挤出力和生坯密度的影响,以及坯体的干燥、固化制度对碳化硅方梁力学性能的影响。研究结果表明：(1)在酚醛树脂体系中,塑性剂的加入量为13.6wt%,润滑剂的加入量为3wt%,乳化剂的加入量为3wt%时,泥料的塑性最佳,坯体的密度达到了2.24g/cm3,抗弯强度达53MPa；在羟乙基纤维素体系中,塑性剂加入量为4wt%,水含量为20wt%时,泥料的塑性最佳,得到的坯体密度达2.14g/cm3,抗弯强度为50.5MPa。(2)酚醛树脂体系中,挤出成型的坯体以4℃/h的速度固化到175℃(43.75h)时,所得到的固化坯体可稳定烧成,在氮气气氛下1905℃保温30 min烧成时,烧结体的显微结构致密,密度为3.11 g/cm3,抗弯强度为320MPa；羟乙基纤维素体系中,挤出成型的坯体在70℃恒温恒湿的环境中干燥72h时,所得的干燥坯体可稳定烧成,在氮气气氛下1905℃保温30 min烧成时,烧结体的显微结构致密,密度为3.06g/cm3,抗弯强度为301 MPa.(3)酚醛树脂体系较羟乙基纤维素体系,所获得的制品的残余硅量小,前者为10.8wt%,后者为26wt%,提高了碳化硅方梁的高温力学性能。(4)由于酚醛树脂碳化后的结构更致密,与硅反应生成的新碳化硅的结构更致密,且新碳化硅与原碳化硅结合的更紧密,同时,阻碍了多余硅的渗入,使得制品的性能更好。与羟乙基纤维素体系相比,酚醛树脂体系所获得的制品显微结构致密、制品密度和抗折强度较高,且固化速度和成品率高都得到了显著提高。(5)将挤出成型与传统的注浆成型对比,成型速率提高了8倍左右,干燥速率提高了1.5倍以上,且制品的密度为3.11g/cm3,远高于注浆制品的2.95g/cm3,抗折强度(320 MPa)也优于注浆制品(296 MPa),大大提高了生产效率和产品性能。
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摘要Abstract目录第一章 概述1.1 碳化硅的晶型结构1.2 碳化硅方梁的性能及用途1.3 反应烧结碳化硅工艺及其机理1.3.1 影响反应烧结碳化硅性能的主要因素1.3.2 反应烧结碳化硅的机理1.4 碳化硅的成型工艺及研究进展1.4.1 注浆成型1.4.2 热压铸成型1.4.3 注射成型1.4.4 等静压成型1.4.5 凝胶注模成型1.4.6 挤出成型1.5 挤出成型工艺原理1.5.1 挤出力的形成过程1.5.2 挤出过程泥料的受力情况1.6 挤出成型的工艺泥料的制备1.6.1 无机塑性剂1.6.2 有机塑性剂1.6.3 几种常用的有机塑性剂1.7 本课题的提出1.7.1 研究目的1.7.2 研究内容1.7.3 创新点第二章 实验内容及方法2.1 实验原料及设备2.1.1 实验原料2.1.2 实验设备2.2 实验过程2.2.1 配料2.2.2 练泥与陈腐2.2.3 挤出成型2.2.4 干燥与烧结2.3 实验结果测试2.3.1 泥料的可塑性2.3.2 挤出机挤出力2.3.3 坯体密度2.3.4 热分析2.3.5 抗折强度的测试2.3.6 复合材料的微观结构分析2.3.7 SI含量的计算第三章 羟乙基纤维素（HEC）体系挤出工艺研究3.1 实验过程及工艺流程3.1.1 塑性泥料制备3.1.2 挤出成型过程3.1.3 干燥、烧结3.1.4 HEC体系工艺流程图3.2 结果与讨论3.2.1 泥料塑性的影响因素3.2.2 挤出力的影响因素3.2.3 挤出坯体性能的影响因素3.2.4 颗粒级配对挤出成型的影响3.2.5 烘干制度的确定3.2.6 烧结体的性能测试3.3 本章小结第四章 酚醛树脂体系的挤出工艺研究4.1 实验过程及工艺流程4.1.1 塑性泥料制备4.1.2 挤出成型过程4.1.3 干燥、烧结4.1.4 酚醛树脂体系工艺流程图4.2 结果与讨论4.2.1 泥料塑性的影响因素4.2.2 挤出力的影响因素4.2.3 挤出坯体的保形性4.2.4 挤出生坯密度的影响因素4.2.5 坯体干燥制度的确定4.2.6 坯体烧成制度的确定4.2.7 烧结体的性能测试4.3 本章小结第五章 结论参考文献致谢
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