1引言

氧化鋁陶瓷作為一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，憑借其卓越的性能如高硬度、優(yōu)異的耐磨性、出色的耐腐蝕性以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在航天、機械、化工、電子等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，氧化鋁陶瓷的抗熱震性能較差，其臨界抗熱震溫差僅為 200^°C 左右。在實際應(yīng)用過程中，尤其是在溫度變化劇烈的環(huán)境中，如火箭發(fā)動機噴嘴、高溫爐襯等，氧化鋁陶瓷容易因熱應(yīng)力過大而發(fā)生破裂，這極大地限制了其在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。因此，提高氧化鋁陶瓷的抗熱震性能成為了材料科學(xué)研究中的一個重要課題。

提高材料的抗熱震性能通常有以下幾種途徑：一是提高材料的強度和彈性模量，使其能夠承受更大的熱應(yīng)力；二是降低材料的熱膨脹系數(shù)，減少因溫度變化引起的體積變化；三是提高材料的熱導(dǎo)率，加快熱量的傳導(dǎo)，減少熱應(yīng)力的積累。在實際操作中，可以通過向氧化鋁陶瓷中引入一些第二相材料來實現(xiàn)上述目標(biāo)。例如，引入氧化鋯顆?？梢蕴岣卟牧系臄嗔秧g性，金屬銅顆?？梢蕴岣邿釋?dǎo)率，而鈦酸鋁和堇青石等材料則可以降低熱膨脹系數(shù)。此外，多孔陶瓷因其獨特的結(jié)構(gòu)特點，如比表面積大、熱穩(wěn)定性好等，通過在氧化鋁陶瓷中形成多孔結(jié)構(gòu)，也可以有效提高其抗熱震性能。

本課題通過在氧化鋁陶瓷中引入碳化硅（SiC），利用SiC在高溫下易氧化的特性，在氧化鋁基體中形成多孔結(jié)構(gòu)，從而改善材料的抗熱震性能。這一研究不僅有助于拓展氧化鋁陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域，還為制備高性能多孔陶瓷材料提供了新的思路和方法。

2實驗

2.1實驗原料

氧化鋁粉（ Al₂O₃ ，工業(yè)純，河南濟源兄弟材料有限公司）；碳化硅（SiC，分析純，西安博爾新材料有限責(zé)任公司）；聚乙烯醇（ （CH₂=CHOH）n ，分析純，上海金樹科技股份有限公司）。

2.2實驗過程

使用電子天平按照設(shè)計的實驗配方（表1所示）稱取原料，以1：1.5：1的料：球：水質(zhì)量比將原料球磨混勻。球磨后的漿料盛入坩蝸并放人干燥箱中， 80% 下恒溫干燥^12h 。將干燥后粉末進(jìn)行造粒處理，與聚乙烯醇粘結(jié)劑溶液（質(zhì)量百分比濃度為 5% ）充分混勻，過篩后陳腐 ^12h 。將造粒后流動性較好、假顆粒級配合適的粉料，自然堆積、裝滿于模具內(nèi)，在 20MPa 下，保壓 1min 壓制成條狀壞體，最后在 1650^°C 下燒結(jié)成瓷。

2.3性能測試與表征

用游標(biāo)卡尺測量陶瓷樣品燒結(jié)前和燒結(jié)后的尺寸，計算陶瓷樣品的燒成收縮率。采用煮沸法計算出陶瓷樣品的吸水率和體積密度。使用型號為WDW-20萬能試驗機測量陶瓷樣品的抗折強度。采用KYKY-EM3900M型掃描電鏡對陶瓷樣品的斷口形貌進(jìn)行表征。

3結(jié)果與分析

3.1燒成收縮率、體積密度及抗折強度分析

圖1為高鋁陶瓷的燒成收縮率、體積密度以及抗折強度隨SiC引入量的變化曲線。隨著SiC引入量的增多，燒成收縮率呈下降趨勢，且逐漸趨于平緩。1#樣品的燒成收縮率為 15.49% ，11#樣品降低至 13.60% 。這是由于SiC在燒結(jié)過程中發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致體積膨脹，抵消了壞體的部分收縮，從而宏觀上體現(xiàn)為高鋁陶瓷材料的燒成收縮率的下降。

根據(jù)體積密度的定義知，體積密度是質(zhì)量與體積的比值。所以體積密度除與材料的自身組成有關(guān)以外，氣孔率也是一個重要因素，故體積密度一定程度上也反映了材料的氣孔率。如圖1所示，體積密度隨著SiC引入量的增多整體呈現(xiàn)下降趨勢，1#樣品的體積密度為3.92g/cm³，11# 樣品降低至 3.69g/cm³ 。這是因為SiC在壞體中的發(fā)泡作用而形成氣孔，其化學(xué)反應(yīng)式為： SiC+20₂ SiO₂+CO₂ ，隨著SiC引入量的增多，發(fā)泡作用亦愈加明顯，氣孔率也隨之上升，最后導(dǎo)致高鋁陶瓷材料的體積密度下降。

樣品的抗折強度隨著SiC引入量的增大逐漸下降。SiC引人量為 0%0.9% 和 1.9% 的抗折強度分別為274.53.259.81.211.86MPa_c 。這是因為隨著SiC引入量的增多，氣孔率逐漸上升。由斷裂強度公式可以知道，材料的斷裂強度與材料的彈性模量、斷裂表面能及其材料內(nèi)部所存在的最危險裂紋的尺寸都有關(guān)系。對于大多數(shù)材料而言，彈性模量會隨著材料氣孔率的上升而下降；斷裂表面能是指材料形成新的單位面積所需要消耗的能量，故隨著氣孔率的上升，材料的斷裂表面能也會呈現(xiàn)下降趨勢；除此之外，氣孔自身作為一種缺陷也有可能會成為材料內(nèi)部的最危險裂紋。因此，抗折強度隨著SiC引入量的增多而下降合乎情理。當(dāng)引入量高于 1.5% 時，樣品的抗折強度急劇下降，這將不利于實際應(yīng)用，因此SiC的引入量應(yīng)該低于 1.5% 為宜。

3.2熱膨脹系數(shù)分析

圖2為1#和9#試樣的熱膨脹系數(shù)測試結(jié)果。未引入SiC與引入 1.5wt% SiC的試樣的熱膨脹系數(shù)如圖2所示，SiC的引入使得材料的熱膨脹系數(shù)有一定降低，這主要是由于材料氣孔率上升，使得材料的熱膨脹體積部分為氣孔所容納，宏觀上則體現(xiàn)為材料熱膨脹系數(shù)的下降，這有利于抗熱震性的改善。綜上分析，引入SiC對陶瓷試樣的體積密度、抗折強度及熱膨脹系數(shù)的影響規(guī)律總體上保持一致。

3.3掃描電鏡分析

能的改善，提供了一定的方向。

圖3為不同試樣的SEM斷面形貌照片。由圖3（a）（b）所示，配方1#和3#樣品非常致密，可知當(dāng)SiC引入量較低時，樣品中無明顯氣孔出現(xiàn)。而從配方7#和9#樣品的斷面中可以看到明顯的氣孔，且有逐漸增多的趨勢。由此可見，樣品的氣孔率隨著SiC引入量的增多而增大，這與樣品的性能變化曲線是一致的。

4結(jié)論

本文研究了碳化硅的引入量對高鋁陶瓷性能的影響。SiC引入量的增加將導(dǎo)致樣品的燒成收縮率、體積密度、抗折強度及熱膨脹系數(shù)的同步降低，這些變化均來源于SiC良好的造孔效果。當(dāng)引人量為 1.5% 時，樣品的抗折強度為 257MPa_c 引入量高于 1.5% 時，樣品的抗折強度急劇下降，這將不利于實際應(yīng)用，因此SiC的引入量應(yīng)該低于 1.5% 為宜。這項工作為后續(xù)氧化鋁陶瓷抗熱震性

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Effect of Silicon Carbide Content on Properties of High Alumina Ceramics

FAN Ren-jie （Jingdezhen University，Jing de zhen 333000）

Abstract：Teohalocsistacfumnaacsrosltsitsprtialaplatioileousraicsalle beterthealscksista.Bsdotistissdyriestotrduceescodpaseofiloncarbideintoauminaceramstpove theperformanceoftheraicsanddiscuestheectoftheintroductioofslconarbideontheperformaneofhigaumuamics. Withtheiceasofittteingagsityalaxpsiotoflel showedadecreasing trend，whichwasduetotheincreaseofporositycausedbytheintroductionofSiC.Whenthedosageis 1.5% ，the flexural strength of the sample is 257MPa .When the introduction amount is higher than 1.5% ，the bending strength of the sample will decrease sharply， so the introduction amount of SiC should be lower than 1.5%

Keywords： Alumina ceramics;Porous ceramics;Silicon carbide; Property《輥道窯設(shè)計與陶瓷工藝匹配案例匯集》由工程師于仁生編著，其內(nèi)容實用豐富，可以給一線生產(chǎn)技術(shù)人員起到一定的借鑒和參考作用。

此增刊從陶瓷原料、壞體干燥、陶瓷燒結(jié)、流體力學(xué)、傳熱原理、燃燒設(shè)備、各種墻地磚制品燒成工藝特點、輥道窯的設(shè)計、輥道窯的工作原理、輥道窯的應(yīng)用和墻地磚制品燒成缺陷分析等作了全方位介紹，并對節(jié)能技術(shù)提出了全新的解決方案，對提升輥道窯的設(shè)計提高輥道窯的工作效率、克服墻地磚產(chǎn)品在輥道窯燒成過程中可能產(chǎn)生的缺陷、降低能耗和提高產(chǎn)能比有一定的指導(dǎo)意義。

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