文档介绍：反应烧结 SiC 陶瓷材料的制备及其结构与性能
Reaction sintered SiC ceramic materials preparation,
structure and properties
作者姓名束成祥
学位类型学历硕士
学科专业材料物理与化学
研究方向材料结构与性能
导师及职称汤文明教授
2013 年 4 月
合肥工业大学
本论文经答辩委员会全体委员审查,确认符合合肥工业大学硕士
学位论文质量要求。
答辩委员会签名:(工作单位、职称)
主席:
杨磊中国电科集团 43 所研究员
委员:
郑治祥合工大材料学院教授
辛红星中科院固体物理研究所研究员
陈国宏安徽省电力科学研究院高级工程师
吕君合工大材料学院副教授
导师: 汤文明
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标志和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰
写过的研究成果,也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使
用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说
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学位论文作者签字: 束成祥签字日期:2013 年 4 月 20 日
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学位论文者签名: 束成祥导师签名:汤文明
签字日期: 2013 年 4 月 20 日签字日期: 2013 年 4 月 20 日
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反应烧结 SiC 陶瓷材料的制备及其结构与性能
摘要
近年来,以反应烧结 SiC 陶瓷为代表的先进结构陶瓷已广泛应用于机械密
封领域。在石油、化工等行业中,输送泵、搅拌机等设备在高温高压、腐蚀、
磨损的严酷条件下工作,对密封件材料的性能也提出更高的要求。为了进一步
提高陶瓷密封材料的性能,需对其制备工艺、结构与性能的关系进行深入研究。
陶瓷密封材料的耐磨性能关系到制品的质量及使用寿命,该方面的研究也尤为
重要。
本文选用粒径为 7 μm 的 SiC 粉体,采用反应烧结工艺制备致密的 SiC 陶
瓷材料,研究了反应烧结 SiC 陶瓷材料的物相组成、显微组织结构、力学性能
及其断裂特征,研究了主要工艺参数对反应烧结 SiC 陶瓷材料显微结构与力学
性能的影响。采用环块式摩擦磨损方式,以某进口常压烧结 SiC 陶瓷为对磨环,
反应烧结 SiC 陶瓷为摩擦块,研究反应烧结 SiC 陶瓷材料在干态和滴油润滑状
态下的摩擦磨损性能。
当压制压力为 117 MPa 时,SiC 陶瓷素坯中的 SiC 颗粒和纳米炭黑粉体分
布均匀,且具有三维联通的孔隙结构,有良好的 Si 熔渗性能。1550℃反应烧结
SiC 陶瓷材料中的 SiC 含量高,游离 Si 含量少,密度达到 ·cm-3,抗弯强
度达到 410 MPa,洛氏硬度(HRA)达到 95,综合性能达到陶瓷机械密封件的
技术要求。反应烧结 SiC 陶瓷材料由α-SiC、β-SiC 及 Si 三相构成。在液相 Si
熔渗过程中,坯体中的 C 向液相 Si 中扩散形成饱和溶液,并在α-SiC 颗粒表面
或缺陷处析出β-SiC,遵循溶解-沉淀机制。
反应烧结 SiC 陶瓷在干态下的摩擦磨损过程分为三阶段。分别为跑合阶段、
稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段。磨损机制主要是磨粒磨损和氧化磨损,摩擦系
数大,磨损量大。在滴油润滑条件下,其摩擦磨损过程分为两阶段。分别为跑
合阶段、稳定磨损阶段,摩擦系数小,磨损量小。陶瓷摩擦块间的油膜会降低
摩擦块与对磨环的接触,减小对磨面的磨损和疲劳,磨损面不易剥落、剥落的
磨粒也易被流动的润滑油带走,减少了剥蚀磨损和磨粒磨损的程度,磨损量也
相应降低。载荷增加,反应烧结 SiC 陶瓷的