添加Al粉对反应烧结碳化硅性能和结构的影响

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2021.01.011

耐火材料 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (1): 51-55.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2021.01.011

添加Al粉对反应烧结碳化硅性能和结构的影响

艾俊迪¹⁾(), 余超¹⁾, 董博¹⁾, 丁军¹⁾, 祝洪喜¹⁾, 邓承继¹⁾(), 张春晓²⁾()

1)武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉 430081
2)军事科学院国防工程研究院工程防护研究所河南洛阳 471023

收稿日期:2020-08-14 出版日期:2021-02-15 发布日期:2021-02-15
通讯作者: 张春晓:男,1980年生,副研究员。E-mail: cxz_007@163.com
邓承继:男,1969年生,教授。E-mail: cjdeng@wust.edu.cn
作者简介:艾俊迪:男,1995年生,硕士研究生。E-mail: 383730102@qq.ocm
基金资助:
湖北省自然科学基金创新群体项目(2018CFA022);湖北省自然科学基金和武汉科技大学国防预研基金项目(GF201913)

Effects of aluminum addition on properties and microstructure of reaction sintered silicon carbide

Ai Jundi¹⁾(), Yu Chao¹⁾, Dong Bo¹⁾, Ding Jun¹⁾, Zhu Hongxi¹⁾, Deng Chengji¹⁾(), Zhang Chunxiao²⁾()

1)The State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,Hubei,China

Received:2020-08-14 Online:2021-02-15 Published:2021-02-15
Contact: Deng Chengji,Zhang Chunxiao

摘要/Abstract

摘要：

以SiC、炭黑和热固性酚醛树脂为主要原料,配制成Al粉外加量分别为0和4%(w)的两种试样,经混料、成型、180 ℃固化、800 ℃炭化后,在石墨坩埚中用单质Si掩埋,在真空条件下分别经1 550 、1 600、1 650和1 700 ℃烧成反应烧结碳化硅。结果表明:1)未添加和添加4%(w)Al粉的试样经1 550~1 700 ℃烧成后,其主要物相均为α-SiC、β-SiC和游离Si。2)添加4%(w)Al粉试样的烧后线变化更小;经1 600 ℃烧成后残余Si量最低,SiC含量最高,综合性能最优。3)Al具有较大的可塑性,添加4%(w)Al粉试样的成型致密度更高,气孔更少更小,在反应烧结过程中液态Si渗入的阻力更大,渗入量更少,最终残余量也更少,试样的高温强度更高;经1 700 ℃烧成生成Al₄SiC₄,增强了物料颗粒之间的结合。

关键词: 反应烧结, 碳化硅, 铝粉, 残余硅, 显微结构

Abstract:

Reaction-sintered silicon carbide specimens were prepared using SiC,carbon black,and thermosetting phenolic resin as raw materials,extra adding metal Al powder (0,and 4 mass%),mixing,shaping,curing at 180 ℃,and carbonizing at 800 ℃,and firing in vacuum at 1 550 ℃,1 600 ℃,1 650 ℃ and 1 700 ℃,respectively,in graphite crucibles embedded by Si powder.The results show that:(1)the main phases of the specimens with 4% or without Al powder are α-SiC,β-SiC and free Si;(2)the specimen with 4% Al powder has lower permanent linear change;after firing at 1 600 ℃,the specimen has the lowest residual Si content and the highest SiC content,and performs the best properties;(3)Al has great plasticity;the specimen with 4% Al powder has high density and low porosity;during the reaction sintering process,the resistance of liquid Si infiltration is greater,the amount of infiltration is less,so the final residual amount is less,so the hot strength of the specimen is higher;after firing at 1 700 ℃,Al₄SiC₄ forms,increasing the bonding among the particles.

Key words: reaction sintered, silicon carbide, aluminum powder, residual silicon, microstructure

中图分类号:

TQ175

艾俊迪, 余超, 董博, 丁军, 祝洪喜, 邓承继, 张春晓. 添加Al粉对反应烧结碳化硅性能和结构的影响[J]. 耐火材料, 2021, 55(1): 51-55.

Ai Jundi, Yu Chao, Dong Bo, Ding Jun, Zhu Hongxi, Deng Chengji, Zhang Chunxiao. Effects of aluminum addition on properties and microstructure of reaction sintered silicon carbide[J]. Refractories, 2021, 55(1): 51-55.

图/表 10

参考文献 15

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原料		w/%
原料		试样RS	试样RSA
SiC颗粒	3~1 mm	43.5	43.5
SiC颗粒	1~0.088 mm	29.5	29.5
SiC粉(≤0.088 mm)		12	12
工业炭黑		15	15
Al粉(外加)		0	4
热固性酚醛树脂(外加)		5	5

原料		w/%
原料		试样RS	试样RSA
SiC颗粒	3~1 mm	43.5	43.5
SiC颗粒	1~0.088 mm	29.5	29.5
SiC粉(≤0.088 mm)		12	12
工业炭黑		15	15
Al粉(外加)		0	4
热固性酚醛树脂(外加)		5	5

试样		w/%
试样		SiC	Si	石墨
试样RS	1 550 ℃烧后	96	3	1
	1 600 ℃烧后	92	5	3
	1 650 ℃烧后	96	2	2
	1 700 ℃烧后	91	6	3
试样RAS	1 550 ℃烧后	96	2	2
	1 600 ℃烧后	98	1	1
	1 650 ℃烧后	89	6	5
	1 700 ℃烧后	90	7	3

试样		w/%
试样		SiC	Si	石墨
试样RS	1 550 ℃烧后	96	3	1
	1 600 ℃烧后	92	5	3
	1 650 ℃烧后	96	2	2
	1 700 ℃烧后	91	6	3
试样RAS	1 550 ℃烧后	96	2	2
	1 600 ℃烧后	98	1	1
	1 650 ℃烧后	89	6	5
	1 700 ℃烧后	90	7	3

微区	x/%
微区	Si	C	Al
A	52.71	47.29	—
B	59.22	27.44	13.34
C	42.46	39.83	17.71
D	49.82	50.18	—
E	31.38	33.41	35.21

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Effects of aluminum addition on properties and microstructure of reaction sintered silicon carbide

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