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分类号:TQ175 学号: 98604069
硕士学位论文
(学位研究生)
反应烧结氮化硅结合碳化硅成型中的
颗粒级配研究
作者李翔
指导教师张立同教授
学科(专业) 材料加工工程
西北工业大学材料科学与工程系
2001 年 3 月
摘要
摘要
反应烧结氮化硅结合碳化硅是在窑具、冶金等行业中广泛使用的优质耐火材料之
一,本论文针对反应烧结氮化硅结合碳化硅陶瓷坩埚、升液管等的成型,通过颗粒级
配和等静压成型提高 SiC/Si 坯体的体积密度,从而提高材料烧结后的体积密度,降低
材料的气孔率。主要研究内容和结果如下:
1. 研究了只有粗细两种主要尺寸的 SiC 体系的级配,细颗粒的平均粒径为
~,粗颗粒平均粒径为 ~。粗颗粒的含量在 60%~70%左右时,体系
的自由堆积密度较大;当粗细颗粒的尺寸比例大于 3 时,有较为明显的级配效果;体
系的最大自由堆积密度随着粗颗粒粒径的增大而提高。
2. 对有多种颗粒尺寸的 SiC 体系,应用 Dennis R. Dinger 对颗粒堆积现象的数值
模拟结论指导实验,体系中粗颗粒(12 目、24 目和 46 目)的含量约占 70%时堆积相对
致密,自由堆积、预压和等静压后的相对密度分别可以达到 54%、69%和 70%。
3. 对 SiC/Si 颗粒体系,由于硅细粉的含量较多,减弱了颗粒级配的效果,改变
不同粒径 SiC 的含量对粉料的自由堆积密度、预压密度以及等静压密度影响不大;SiC
颗粒中粗(12 目、24 目和 46 目)细(90 目和 180 目)颗粒的含量比约为 6:4 时,SiC/Si
体系的堆积相对致密;硅粉含量为 25%的粉料经等静压后,坯体的体积密度相对干压
的体积密度可提高 5%左右,相对密度可达 76%。
4. 对烧结后试样的 X 衍射分析和扫描电镜分析表明,反应烧结氮化硅结合碳化
硅材料的微观特征是 SiC 大颗粒被 SiC 细颗粒和反应生成的 Si3N4 所组成的基质部分
包围,形成较强的机械结合。
5. 用径向基函数神经网络模型对实验结果进行拟合和预测,得到基函数的宽度为
,隐层神经元的个数为 21,训练集的拟合误差为 %,监控集的拟合误差为
%。此网络可以对 SiC/Si 颗粒体系在一定压力下(如 60MPa)的体积密度做出较为
准确的预测,预测值和测量值的误差不大于±2%;但对 SiC/Si 颗粒体系在自由堆积状
态下的体积密度的预测误差较大,主要原因是该参数测量的系统误差较大。
6. SiC及 Si 颗粒的形状是影响体系堆积的一个重要的因素,对 SiC 颗粒二维轮廓
的分形维数分析表明,其分形维数 D 约为 ,表面粗糙度不大,表面结构也不复杂,
因而 SiC 颗粒的表面形貌对体系堆积的影响不会很大。若要考虑 SiC 颗粒宏观形状对
堆积的影响,则需对其作分数谐函数分析,表征颗粒宏观形状的主要特征。
关键词:反应烧结氮化硅结合碳化硅,成型,级配,径向基函数网络,分形维数
I
Abstract
Abstract
Reaction bonded silicon nitride/silicon carbide is a kind of refractory with high
qualities widely used in ceramics, metallurgy, and so on. This paper investigated the
molding of ceramic crucibles and conveying pipes of melted metal which are produced
with reaction bonded silicon nitride/silicon carbide. Varying the particle size distribution
and cool isostatic pressing, the bulk density of the green body of SiC/Si would rise, and
then the bulk density of the sintered material would be increased, while the void volume be
reduced. The major cont