文档介绍：SiC(Si)陶瓷的热压烧结与摩擦性能

(理学院,材料科学与工程系,材料科学与工程专业陈建炜)
(学号:2000143027)

内容提要:碳化硅(SiC)陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、硬度高、抗热震、抗氧
化性强、热膨胀系数小、热导率大及高温强度大等一系列优良性能,因此其研究早已被人们
所重视。
本实验研究了 Si 粉的添加对改善α-SiC 粉末的热压烧结性能的影响以及 SiC 材料的摩
擦性能。本实验在α-SiC 粉末(7µm)中添加了 wt%的 Si 粉(300 目),在热压温度为 1800℃、
压力为 30MPa 的工艺下制备出致密的 SiC(Si)陶瓷样品,密度为 ³,洛氏硬度平均
值为。摩擦系数在载荷为 1N~10N 变化时,在 ~ 间变化,在载荷为 5N
时,摩擦系数达到最小。滑动速度也对摩擦系数产生影响,转速为 60r/min~240r/min 时,
在摩擦系数 ~ 之间变化,随转速的增加,摩擦系数逐渐减小并趋于稳定。其中载
荷的影响要明显大于转速。
关键词:碳化硅;硅;热压烧结;摩擦系数
教师点评:通过对 SiC(Si)陶瓷的热压结合液相法的制备,以及该材料摩擦性能实验和
组织结构观察,对其制备、组织、性能等相互关系进行初步分析。在毕业论文过程中,主动
认真,肯钻研,完成了预期目标,达到了毕业论文要求。同意答辩。(点评教师:曾燮榕,
教授)

第一章资料综述
材料是人类进化的标志,而且是社会现代化的物质基础与先导。材料、能源与信息被称
为现代文明的三大支柱。上世纪 80 年代人们又把新材料、生物工程与信息作为产业革命的
重要标志。材料,尤其是新型材料的研究、开发与应用,反映了一个的高
低,它关系到国家的综合国立与国防安全,因此,世界各国无不把新材料的研究与应用放在
重要的地位。我国也不例外,1978 年以后每个五年计划中,一直都把材料科学技术作为重
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点发展的领域之一。
在材料科学的研究中,复合材料作为一支新学科分支逐渐被人们所重视。复合材料是指
由两种或两种以上物理和化学性质均不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的
组分材料仍然保持其相对独立性,但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和,而是
有着重要的改进。其中 SiC 陶瓷具有硬度高、强度高、韧性好(相对于其它陶瓷材料而言)、
耐高温、抗热震、耐腐蚀、抗冲刷、耐磨、重量轻及良好的热传导性能等优点,近年来对
SiC 陶瓷的研究较为广泛。
SiC 材料的特点与应用
碳化硅的分子式为 SiC,分子量为 ,密度为 g/cm³,比重为 ~,重量百
分组成相应为硅:%,碳:%。自然界中几乎不存在天然的 SiC,SiC 最早发现
于陨石中,现在被人们所利用的 SiC 粉末均是由人工合成的。
SiC 的化合键主要为共价键,而且碳和硅原子的电负性之差△Χ=-=,说明 SiC
的共价键性相当强。大多数的共价键化合物在高温时键合强度会迅速降低,而 SiC 则不然,
即使在高温环境下 SiC 仍能保持较高的键合强度。因此,纯的 SiC 耐腐性能好,即使在 HCl、
H2SO4、HNO3 等酸性溶液或 NaOH 溶液中也不会被腐蚀。
SiC 热膨胀系数小,耐腐蚀性优良,因而 SiC 是高温结构零件的理想材料之一。由于
SiC 具有热膨胀系数小,导热性好等优点,使它具有很强的抗热震性能,即使将其加热到
1400℃后直接投入水中也不会炸裂[1]。另外,一般电解质的电阻会随温度的上升而下降,而
SiC 的电阻则会随温度的上升而增大,而且 SiC 的高温性能好(SiC 本来在高温是易氧化的,
但它氧化之后会形成一层致密的 SiO2 薄膜覆盖在表面从而阻止了氧化的进一步进行,所以
其氧化速率不高,使其即使在空气中加热到 1500℃仍能保持稳定)。因此,对 SiC 用作发热
元件的研究也越来越受人们所重视了。
SiC 材料自上世纪 60 年代作为核燃料包壳材料以来,用途日趋广泛。众所周知,发动
机的效率会随工作温度的提高而大幅度提高。据理论计算得知,发动机的工作温度由 1100 ℃
提高到 1370 ℃时,其热效率可增加 30%。为了提高发动机的热效率,减少大气污染,充分
利用能源,降低燃料的消耗,发动机的工作温度希望能高于 1200 ℃。SiC 陶瓷就具有很好
的耐高温性,还具有较低的热膨胀系数,较高的导热系数和抗热冲击性,因此 SiC 陶瓷是未
来发动机