凝胶注模/反应熔渗Si C陶瓷基零件素坯缺陷控制及高温力学性能研究

针对凝胶注模/反应熔渗Si C陶瓷零件由于炭黑团聚、含量不足引起的坯体宏观裂纹、残留硅含量过高问题,提出了一种有效控制陶瓷组织缺陷与残硅含量、提升陶瓷零件高温力学性能的方法。本文以短碳纤维代替炭黑作为碳源,通过实验对比分析了碳纤维与炭黑在陶瓷浆料中的分散性以及这两种碳源对陶瓷素坯质量的影响规律;采用SEM/XRD等手段研究了碳纤维/Si C陶瓷微观结构及其物相组成,并探讨了碳纤维体积分数对反应熔渗Si C陶瓷基零件高温性能的影响规律。结果表明:较之炭黑,短碳纤维在陶瓷浆料中具有良好的分散性,干燥后陶瓷坯体内大尺寸气孔和裂纹等缺陷得到有效控制;在反应熔渗过程中,碳纤维溶解到液硅中并生成β-Si C取代残硅,填充了陶瓷坯体的剩余孔隙。当碳纤维体积分数增加时,陶瓷坯体中的残硅含量得到有效控制;而碳化硅陶瓷高温力学性能(1350℃)随着纤维体积含量,先增大后减小,当纤维体积分数为20%时达到最大,其高温弯曲强度、断裂韧性分别为343±19MPa、5.04±0.27MPa·m1/2。