碳化硅陶瓷防彈片的課程設(shè)計(jì)報告書

1、目錄第一章綜述11.1 SiC陶瓷的基本性質(zhì)11.1.1 碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)11.1.2 碳化硅的硬度及韌性11.1.3 碳化硅的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)11.1.4 碳化硅的化學(xué)穩(wěn)定性11.1.5 其它21.2 SiC主要燒結(jié)方法及特點(diǎn)21.2.1 無壓燒結(jié)21.2.2 熱壓燒結(jié)31.2.3 熱等靜壓燒結(jié)31.2.4 反應(yīng)燒結(jié)41.3 結(jié)論41.4 SiC無壓燒結(jié)陶瓷的現(xiàn)狀41.5 主要內(nèi)容4第二章主要設(shè)備選型62.1 主要設(shè)備表62.2 原料及配比62.3 主要設(shè)備說明72.3.1 三維混料機(jī)72.3.2 行星球磨機(jī)82.3.3 干壓成型機(jī)82.3.4 冷等靜壓機(jī)92.3.5 真空燒結(jié)爐92.3

2、.6 金屬模具102.3.7 電子天平102.3.8 流速計(jì)102.3.9 拋光機(jī)112.4 工藝平面布置圖12第三章工藝工程133.1 工藝流程圖133.2 SiC原料的制備143.2.1 噴霧造粒143.2.2 原料的選取和漿料的制備過程153.2.3 球磨153.2.4 干燥及研磨過篩153.3 胚料成型工藝153.3.1 成型方式的選擇153.3.2 干壓成型法的模具選擇163.3.3 干壓成型工藝參數(shù)163.3.4 冷等靜壓163.4 防彈片的燒結(jié)工藝173.4.1 燒結(jié)氣氛要求173.4.2 燒結(jié)溫度設(shè)計(jì)173.5 精加工過程18第四章產(chǎn)品性能檢測194.1 無壓燒結(jié)方法制得的Si

3、C制品的性能194.2 SiC粉體原料性能檢測194.3 SiC陶瓷防彈片成品的性能檢測204.3.1 產(chǎn)品204.3.2 性能檢測20第五章結(jié)論23第六章小結(jié)24第七章參考文獻(xiàn)24第一章綜述1.1 SiC陶瓷的基本性質(zhì)1.1.1 碳化硅的晶體結(jié)構(gòu)SiC是以共價鍵為主的共價化合物，由于碳和硅兩元素在形成SiC晶體時，它的基本單元是四面體，所有SiC均由SiC四面體堆積而成，所不同的只是平行結(jié)合和反平行結(jié)合，從而形成具有金剛石結(jié)構(gòu)的SiC。SiC共75種變體，如3C-SiC、4H-SiC、15R-SiC等，其中a-SiC、B-SiC最為常見。B-SiC的晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系，Si和C分別組成面心立

4、方晶格；a-SiC存在著4H、15R和6H等100余種多型體，其中，6H多型體為工業(yè)應(yīng)用上最為普遍的一種。在SiC的多種型體之間存在著一定的熱穩(wěn)定性關(guān)系，在溫度低1600c時，SiC以B-SiC形式存在。當(dāng)高于1600c時，p-SiC緩慢轉(zhuǎn)變成a-SiC的各種多型體。4H-SiC在2000c左右容易生成；15R和6H多型體均需在2100c以上的高溫才易生成；對于6H-SiC,即使溫度超過2200C,也是非常穩(wěn)定的。SiC中各種多型體之間的自由能相差很小，因此，微量雜質(zhì)的固溶也會引起多型體之間的熱穩(wěn)定關(guān)系變化。1.1.2 碳化硅的硬度及韌性碳化硅的硬度相當(dāng)高，僅次于幾種超硬材料，高于剛玉而名列普

5、通磨料的前茅，按莫氏刻痕硬度為9.2,克氏顯微硬度為22002800kg/mm（負(fù)荷100g）。碳化硅的熱態(tài)硬度雖然隨著溫度的升高而下降，但仍比剛玉的硬度大很多。碳化硅顆粒的韌性，通常是用一定數(shù)量某種粒度碳化硅顆粒在定型模子中，施加規(guī)定壓力之后未被壓碎的顆粒所占百分率來反映的，它受顆粒形狀等許多因素的影響。1.1.3 碳化硅的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)在25-1400c范圍內(nèi)，碳化硅的平均熱膨脹系數(shù)為4.4*106/攝氏度，剛玉的熱膨脹系數(shù)高達(dá)（7-8）*106/Co所以表明碳化硅的熱膨脹系數(shù)很低。碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)很高，碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)比其他耐火材料及磨料要大的多約為剛玉導(dǎo)熱系數(shù)的4倍。一般工程計(jì)算

6、要引用碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)時，可取0.06280.0963J/cmCs。1.1.4 碳化硅的化學(xué)穩(wěn)定性碳化硅的化學(xué)穩(wěn)定性極佳。碳化硅本身很容易氧化，但它氧化之后形成了一層二氧化硅薄膜，氧化進(jìn)程逐步被阻礙。碳化硅陶瓷具有較強(qiáng)的耐酸耐堿性能，即具有良好的耐腐蝕性能。1.1.5 其它碳化硅還具有良好的耐磨性，高彈性模量，抗渣能力強(qiáng)，耐沖刷性能，具有較高的高溫強(qiáng)度。1.2 SiC主要燒結(jié)方法及特點(diǎn)表1-1SiC主要燒結(jié)方法及特點(diǎn)反應(yīng)燒結(jié)SiC+C胚體在高溫下進(jìn)行蒸（自結(jié)汽或液相滲Si,部分硅與碳合）反應(yīng)生成SiC,把原來胚體中的SiC結(jié)合起來，達(dá)到燒結(jié)的目的。添力口B+CRC、BNAL、ALQ、熱壓燒結(jié)A

7、LN等燒結(jié)，助劑，一面加壓，一面燒結(jié).添加B、C、AL+B+C無壓燒結(jié)AL2O3+Y2O邠燒結(jié)助劑的胚體，在惰性氣氛進(jìn)行固相或液相燒結(jié)燒結(jié)溫度低；收縮率為零；多孔質(zhì)，強(qiáng)度低；1400一殘留游離硅多1600c（8%-15%,影響性能密度高，抗彎強(qiáng)度高；1950-2100C不能制備形狀復(fù)雜制20-40MPa品；成本高能制備出各種形狀復(fù)雜制品；強(qiáng)度較高；純度2000-2200C高，耐蝕性；燒結(jié)溫度高（缺點(diǎn)）1.2.1 無壓燒結(jié)一、周相燒結(jié)1974年SProchazka通過在高純度的0-SiC細(xì)粉中同時加入少量的B和C助劑，采用無壓燒結(jié)工藝，在2020C時成功地獲得了密度高于98%的碳化硅燒結(jié)體。SP

8、rochazka認(rèn)為B的添加量應(yīng)選擇在0.5%左右，而且C的添加量則取決于SiC粉料中氧含量的高低。SDuna以B和C為添加劑，采用熱等靜壓等燒結(jié)工藝，在1900c便獲得了密度大98%室溫抗彎強(qiáng)度高達(dá)600Mp數(shù)右的細(xì)晶SiC陶瓷。陳巍等將添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%C+1.0%由勺SiC經(jīng)2150cx2h無壓燒結(jié)后，所得燒結(jié)體的彎曲強(qiáng)度為470MPa，斷裂韌性為5.12MPa-2。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)同時添加B和C后，B周熔到SiC中，使晶界能降低，C把SiC粒子表面的二氧化硅還原除去，提高了表面能，因此B和C的添加為碳化硅的致密化創(chuàng)造了有利條件。常用的添加劑還有BC+CBN+CAlN+C等。缺點(diǎn)：需要較高的

9、燒結(jié)溫度（2000C）,對原粉材料的純度要求較高，并且燒結(jié)體斷裂韌性較低，有較強(qiáng)的裂紋強(qiáng)度敏感性，在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為晶粒粗大且均勻性差，斷裂模式為典型的穿晶斷裂。二、液相燒結(jié)液相燒結(jié)是以一元或多元低共熔氧化物為燒結(jié)助劑，在比較低的溫度下，利用低共融點(diǎn)產(chǎn)生液相促進(jìn)碳化硅顆粒的移動、擴(kuò)散和傳質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)碳化硅的致密化。即以一定數(shù)量的多元低共熔氧化物為燒結(jié)助劑，使其與碳化硅顆粒表面的層起反應(yīng)，在高溫時形成部分晶界液相，導(dǎo)致界面結(jié)合弱化。優(yōu)點(diǎn)：可以在較低溫度下實(shí)現(xiàn)碳化硅的致密化，提高了材料的斷裂韌性。使燒結(jié)設(shè)備要求和燒結(jié)成本大為降低。液相燒結(jié)還可以通過不同的燒結(jié)助劑的添加來改變材料的成分和性質(zhì)。缺點(diǎn)：因?yàn)?/p>

10、第二相的引入使材料的高溫性能弱化，燒結(jié)體高溫下（1800C）的機(jī)械性能因液相的存在而降低。1.2.2 熱壓燒結(jié)熱壓燒結(jié)方法是指在加壓和加熱條件下促使碳化硅燒結(jié)，一股壓力在20-50MPq由于采用一定的壓力，利于增大碳化硅粒子間的接觸面積，從而促進(jìn)碳化硅燒結(jié)。優(yōu)點(diǎn)：燒結(jié)時間短，燒結(jié)溫度相對較低。燒結(jié)助劑量少，可制得高密度產(chǎn)品。缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低，只能生產(chǎn)形狀簡單的制品。1.2.3 熱等靜壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)是指以熱等靜壓反應(yīng)容器為主要反應(yīng)裝置，通過控制溫度（大概10002000C）和控制容器壓力（以惰性氣體等氣體為傳壓介質(zhì)，大概為200MPa,在合適的溫度和壓力條件下進(jìn)行燒結(jié)。優(yōu)點(diǎn)：所以得到的碳化硅

11、陶瓷結(jié)構(gòu)均勻，性能優(yōu)異。缺點(diǎn)：生產(chǎn)成本高，溫度和壓力對其性能影響較大，不能用于制造形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，適用范圍受到了限制。1.2.4 反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)是粉末的合成和燒結(jié)同時進(jìn)行的方法。用硅粉加碳粉并加SiC粉作填粉，成型后燒結(jié)。在高溫下發(fā)生Si（液或氣相）+C（周）生成了極細(xì)的SiC結(jié)晶。優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷的制備工藝較為簡單。制備溫度低，制備時間短。反應(yīng)燒結(jié)的燒結(jié)過程中幾乎沒有收縮，能夠得到與坯體形狀、尺寸相同的燒結(jié)體，可制備大尺寸制品。因?yàn)椴挥脽Y(jié)助劑，故容易得到高純的制品從而高溫性能降低很小。缺點(diǎn)：在通常白制備工藝中，由于大量有機(jī)物的引入使坯體在熱處理過程中發(fā)生較大的吸熱或放熱效應(yīng)，使素

12、坯產(chǎn)生裂紋的幾率大大上升，限制了這種材料的廣泛應(yīng)用。1.3 結(jié)論綜上比較得出，熱壓燒結(jié)和等靜壓燒結(jié)皆不能生產(chǎn)形狀復(fù)雜的的產(chǎn)品，而無壓燒結(jié)可以制備復(fù)雜的形狀和尺寸的SiC部件，相對容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷相對于無壓固相燒結(jié)碳化硅耐高溫性能差，特別是溫度超過1400c時碳化硅陶瓷的抗彎強(qiáng)度急劇下降，并且其不耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿。而采用無壓固相燒結(jié)的碳化硅陶瓷，其在高溫下的機(jī)械性和在強(qiáng)酸強(qiáng)堿下的耐腐蝕性遠(yuǎn)好于反應(yīng)燒結(jié)碳化硅。故選用無壓燒結(jié)生產(chǎn)碳化硅陶瓷。1.4 SiC無壓燒結(jié)陶瓷的現(xiàn)狀碳化硅已經(jīng)是廣泛應(yīng)用的碳化物陶瓷之一，所以通過無壓燒結(jié)方法制備高性能、低成本的碳化硅陶瓷成了人們研究的熱點(diǎn)之一。

13、碳化硅具有高彈性模量、高強(qiáng)度、高硬度、高熱導(dǎo)、低熱膨脹、高抗熱震性、耐磨損和耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，并且價格低廉。碳化硅陶瓷所具備的這些優(yōu)良性能使其廣泛用于航空航天、電力電子、機(jī)械工業(yè)、石油化工等許多領(lǐng)域，可以應(yīng)用在金屬耐磨材料或高分子耐磨材料不能勝任的場所，在耐磨領(lǐng)域中展示著重要的應(yīng)用前景，例如，可以用作耐磨零件、用于研磨介質(zhì)、用于防彈板、用于噴嘴、用于研磨盤、用于磁力泵泵件等。所以無壓燒結(jié)碳化硅陶瓷在國內(nèi)外的市場相當(dāng)可觀。1.5 主要內(nèi)容（1）選定碳化硅原料、燒結(jié)助劑種類，選擇合適的配比進(jìn)行成型燒結(jié)。(2)碳化硅陶瓷的物理性能、力學(xué)性能和顯微結(jié)構(gòu)的測試分析。(3)碳化硅陶瓷燒結(jié)機(jī)理及結(jié)晶性

14、能的研究，包括SiC陶瓷在燒結(jié)過程中所產(chǎn)生的化學(xué)變化，結(jié)構(gòu)、含量、成份的變化，及燒結(jié)過程中氣氛的影響。第二章主要設(shè)備選型2.1 主要設(shè)備表(mm)行星球磨機(jī)NK01XQM三維混料機(jī)MX1220X1140X990mm烘箱電子天平JJ300金屬模具50x50mm干壓成型機(jī)YA32真空燒結(jié)爐GDQ16mm磨床拋光機(jī)流速計(jì)FL4-1微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)表2-1主要設(shè)備2.2 原料及配比陶瓷產(chǎn)品性能取決于陶瓷原料配方和生產(chǎn)工藝等大量因素，其中坯料的原料配方對產(chǎn)品性能起著決定性的作用。本實(shí)驗(yàn)所用的原料及配比如下表2-2表2-2原料配比SiC94gBC1g酚醛樹脂6g蒸儲水65g乙醇35ml油酸1ml分散

15、劑0.1ml2.3 主要設(shè)備說明2.3.1 三維混料機(jī)MX系列三維渦流混料機(jī)主要適用于金剛石制品、粉末冶金、食品、化工、制藥等行業(yè)的粉末或微小顆粒的混料攪拌。主要特點(diǎn)，三維空間、六個自由度、加速、減速、抖動、搖滾等多種運(yùn)動方式有機(jī)結(jié)合，不存在運(yùn)動死角、混料時問任意設(shè)定，混料速度可調(diào)?；炝暇鶆?、效率高、減小了粉料的氧化程度、工作原理：該機(jī)在運(yùn)行中，由于混料桶體具有各方向運(yùn)轉(zhuǎn)動作，使各種物料在混合過程中加速流動和擴(kuò)散作用，同時避免了一般混料機(jī)因離心力作用所產(chǎn)生的物料比重偏析和積聚現(xiàn)象，混合無死角，能有效確?；旌衔锪系淖罴哑焚|(zhì)。結(jié)構(gòu)組成：機(jī)由幾座、傳動系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、多向運(yùn)動機(jī)構(gòu)、混合筒等部件組

16、成。與物料直接接觸的混合筒采用優(yōu)質(zhì)不繡剛材料制造，筒體內(nèi)外壁均經(jīng)鏡面拋光。三維渦流混料機(jī)的參數(shù)表2-3表2-3MX系列三維渦流混料機(jī)的參數(shù)型號容輸出外觀尺寸混料時間積轉(zhuǎn)速M(fèi)X114-221220X1140100h8Lr/minx990mm2.3.2 行星球磨機(jī)行星式球磨機(jī)是混合、細(xì)磨、小樣制備、納米材料分散、新產(chǎn)品研制和小批量生產(chǎn)高新技術(shù)材料的必備裝置。行星式球磨機(jī)產(chǎn)品體積小、功能全、效率高、噪聲低，是科研單位、高等院校、企業(yè)實(shí)驗(yàn)室獲取微顆粒研究試樣（每次實(shí)驗(yàn)可同時獲得四個樣品）的理想設(shè)備，行星式球磨機(jī)配用真空球磨罐，可在真空狀態(tài)下磨制試樣。1.工作原理：XQM系列變頻行星式球磨機(jī)是在同一轉(zhuǎn)盤

17、上裝有四個球磨罐，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，球磨罐在繞轉(zhuǎn)盤軸公轉(zhuǎn)的同時又圍繞自身軸心自轉(zhuǎn)，作行星式運(yùn)動。罐中磨球在高速運(yùn)動中相互碰撞，研磨和混合樣品。該產(chǎn)品能用干、濕兩種方法研磨和混合粒度不同、材料各異的產(chǎn)品，研磨產(chǎn)品最小粒度可至0.1微米（即1.0X10mm-4,行星球磨機(jī)參數(shù)表2-4。表2-4行星球磨機(jī)參數(shù)表型號進(jìn)料出料轉(zhuǎn)速最大裝樣量粒度粒度NK0110,并將酚醛樹脂和乙醇置于燒杯混合后，將上述原料一并倒入密封罐中（事先檢查密封罐密封是否良好），放入聚氨酯后將密封罐置于三維混料機(jī)并固定后，啟動混料機(jī)進(jìn)行5小時混料過程。1.1.3 球磨本方案采用行星球磨機(jī)完成球磨過程，球磨不僅可以使原料混合得更加均勻，

18、還可以使粉料粒度降低，達(dá)到成型要求。將充分混合、均勻的漿料倒入球磨罐后，稱量400gg介并倒入罐中，將球磨罐置于行星球磨機(jī)中固定后，設(shè)置球磨時間10小時，啟動設(shè)備。1.1.4 干燥及研磨過篩將球磨好的漿料倒入燒杯中，而后將燒杯置于干燥箱中進(jìn)行24小時的干燥過程！干燥結(jié)束后，便將干燥好的粉料進(jìn)行研磨并過篩，篩子的規(guī)格為80目。3.3 胚料成型工藝3.3.1 成型方式的選擇陶瓷材料的成型工藝是制備陶瓷材料的重要環(huán)節(jié)，也是提高陶瓷坯體均勻性和解決陶瓷材料可靠性的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。理想的陶瓷材料成型工藝應(yīng)該具有坯體顯微結(jié)構(gòu)均勻、密度高、強(qiáng)度高、可實(shí)現(xiàn)近凈尺寸成型等特點(diǎn)。目前成型碳化硅的常用方法有注漿成型、

19、等靜壓成型、干壓成型、注射成型、熱壓鑄成型、凝膠注模成型和擠出成型等，本方案由于制造的坯體較小，形狀簡單，故采用干壓成型的方法！干壓成型法工藝簡單，操作簡單，周期短成本低且成型效率高，成型制品尺寸穩(wěn)定性好，適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)。根據(jù)壓頭和模腔運(yùn)動方式不同，干壓成型可分為以下幾種：(1)單向加壓,即模腔和下壓頭固定,上壓頭移動；(2)向加壓，模腔固定，上、下壓頭移動；(3)可動壓模,下壓頭固定,模腔和上壓頭移動,即壓頭和模腔的運(yùn)動是同步的，使用液壓控制時，在某一設(shè)定壓力下壓頭停止移動。本方案采用單向加壓干壓成型法。3.3.2 干壓成型法的模具選擇模具以及模具的裝配方式對產(chǎn)品質(zhì)量以及模具等的使用壽

20、命有著直接的影響。在裝配過程中粉體與模具之間存在著相互的摩擦力，所以模具材料應(yīng)該具有一定的耐磨損性能，同時，還應(yīng)考慮壓制過程中粉末的受力情況、操作的可行性及方便程度等。裝模過程中要小心配合，使上下模具正好配合良好，不能彎曲或者偏移很大角度，否則容易使成型出來的產(chǎn)品產(chǎn)生變形，同時要保證在模具內(nèi)充滿了SiC的粉體，否則也會產(chǎn)生產(chǎn)品形狀不規(guī)則從而影響質(zhì)量和后續(xù)的檢驗(yàn)。制作檢驗(yàn)的塊時也應(yīng)該使SiC粉均勻分布于模具內(nèi)部。在模具內(nèi)部裝滿粉料之前均應(yīng)在模具四周各個部件涂抹適當(dāng)?shù)臐櫥鸵员阌诤罄m(xù)的脫模等工作。填入粉體后可用工具敲擊模具四周使內(nèi)部粉體充分均勻分布。3.3.3 干壓成型工藝參數(shù)成型壓力大小的選擇取

21、決于坯體的形狀、高度、粘合劑的種類和數(shù)量、粉體的流動性、坯體的致密度等。本方案中干壓成型采用的是16t的壓力。加壓方式，由于制備的防彈片高度不是很大，因此采用單向加壓的方式，雖有壓力梯度，但對產(chǎn)品性能影響不大。(高度小，壓力梯度小)加壓的速率和時間對產(chǎn)品性能也有一定的影響，在加壓前緩慢旋轉(zhuǎn)壓力控制旋鈕，使壓力增到16t時停止，此過程較容易控制。若加壓速度過快，保壓時問過短時，坯體中會有氣體殘留，且壓力傳遞不到應(yīng)有的深度；若加壓時間過慢，保壓時間過長，容易導(dǎo)致產(chǎn)品破裂和分層等問題。從而降低了生產(chǎn)效率。本次方案中制備碳化硅陶瓷防彈片的保壓時間為60s。3.3.4 冷等靜壓等靜壓是將預(yù)壓好的坯體包封

22、在彈性的橡膠模具或塑料模具內(nèi)，然后置于高壓容器中施以高壓（壓力通常在100MPa以上）,壓力由液體介質(zhì)傳遞至彈性模具對坯體加壓。然后釋放壓力，取出模具并從模具中取出成型好的坯體。經(jīng)過冷等靜壓壓制的坯體，密度較為均勻，減小甚至消除了干壓成型時產(chǎn)生的壓力密度梯度，雖然冷等靜壓的效果很明顯，但是由于本方案制造的防彈片不厚，所以此工藝為可選工藝。3.4 防彈片的燒結(jié)工藝本次方案采用無壓燒結(jié)，無壓燒結(jié)又稱常壓燒結(jié)，是指在常壓下，通過向SiC粉體中加入一些助燒劑，燒結(jié)得到致密的材料。由于無壓燒結(jié)在成型尺寸、經(jīng)濟(jì)成本、工藝可行性等方面的具不可替代的優(yōu)勢，已經(jīng)被認(rèn)為是最具前途的SiC燒結(jié)工藝。無壓條件下燒結(jié)碳

23、化硅陶瓷材料，往往需要添加助燒劑或結(jié)合第二相，才能夠在較低燒結(jié)溫度下獲得較致密的材料。SiC陶瓷的無壓燒結(jié)，按照其致密化機(jī)理可以分為兩種：液相燒結(jié)和固相燒結(jié)。固相燒結(jié)是指在SiC粉體中添加B+CBC等，B等元素能夠溶于SiC中，B與SiC高溫時能夠形成置換固溶體，從而使相接觸的SiC晶粒間形成能量較低的晶界，促進(jìn)SiC的致密化。此外加入的C元素，能夠與碳化硅表面的SiO2發(fā)生反應(yīng)，可以去除SiC表面的SiO2氧化膜，使碳化硅表面能得到提高。液相燒結(jié)是指在SiC粉體中加入金屬氧化物，在較低溫度（2000C）下，金屬氧化物熔化或與SiO2等反應(yīng)生成為液相，通過液相燒結(jié)達(dá)到致密化，常用的燒結(jié)助劑有M

24、gQ、AI2Q、AI2Q+YO及其他一些稀土氧化物。本次方案采用無壓燒結(jié)固相法。3.4.1 燒結(jié)氣氛要求本次實(shí)驗(yàn)方案中以氧氣作為保護(hù)氣氛，為防止碳化硅在高溫?zé)Y(jié)時被氧化，影響其性能，碳化硅制品的燒結(jié)中還受燒結(jié)助劑、穩(wěn)定劑等的影響，加入燒結(jié)助劑可降低燒結(jié)溫度，穩(wěn)定劑提高碳化硅燒結(jié)過程中的穩(wěn)定性。3.4.2 燒結(jié)溫度設(shè)計(jì)燒結(jié)溫度的高低是影響燒結(jié)過程的最重要因素，它直接影響著產(chǎn)品的性能，必須嚴(yán)格控制。只有在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，相對密度才可超過96%（理論密度可達(dá)到3.21g/cm3）。在此過程中，燒結(jié)溫度過高或過度都會對產(chǎn)品產(chǎn)生很大影響，當(dāng)燒結(jié)溫度過高時，晶?？焖匍L大導(dǎo)致其密度和力學(xué)性能下降，當(dāng)溫度過

25、低時，燒結(jié)體的強(qiáng)度、硬度、密度等力學(xué)性能指標(biāo)均達(dá)不到我們的要求，故要在合適的溫度范圍內(nèi)對其進(jìn)行燒結(jié)。多次試驗(yàn)結(jié)果表明：SiC陶瓷在2130c-2220C范圍內(nèi)燒結(jié)，可以獲得致密度高、力學(xué)性能優(yōu)良的產(chǎn)品。本次試驗(yàn)在無壓燒結(jié)中燒結(jié)溫度控制即燒結(jié)工藝如下表3-1,燒結(jié)時間為8小時。表3-1溫0-1001000125125125017317301730213213度000000/C時保保溫問12025溫48305530/mi30n3.5 精加工過程精加工過程包括打磨和拋光兩部分,使用2000目砂紙進(jìn)行粗磨,使用羊毛墊和多能磨拋機(jī)進(jìn)行拋光。粗磨和拋光不僅可以使產(chǎn)品外觀漂亮，觀感提高，更可以使表面致密度提

26、高，降低被侵蝕度。碳化硅特種陶瓷屬于脆性材料，硬度大、脆性大、加工性能差，加工難度大，用多能磨拋機(jī)可以很好的完成磨拋工序。第四章產(chǎn)品性能檢測4.1 無壓燒結(jié)方法制得的SiC制品的性能表4-1無壓燒結(jié)SiC陶瓷的性能-O無壓燒結(jié)SiC密度/g/cm33.14-3.18分解溫度/C2700硬度/HRA94彎曲強(qiáng)度/MPa,室溫500彎曲強(qiáng)度/MPa,1000c475熱容/【cal/(g.C)0.2斷裂韌性/(MPa.m1/2)2.4彈性模量/GPa440熱導(dǎo)率/W/(m.K)84熱膨脹系數(shù)/(X10-6/C)4.34.2 SiC粉體原料性能檢測檢測該粉體的性能時，采用的是粉體流速裝置和松裝密度裝置

27、檢測SiC粉體的流動性和松裝密度，檢測結(jié)果如表5-1和表5-2所示。表4-2SiC粉體的流動性檢測結(jié)果樣品檢測次數(shù)123平均值流動性s/50g37.136.035.636.2表4-3SiC粉體的松裝密度檢測結(jié)果檢測次數(shù)粉體質(zhì)量/g/g粉體質(zhì)量/g容器體積/3cm松裝密度g/cm31135.78116.6619.12250.762135.49116.6618.83250.753135.67116.6619.01250.76平均值135.65116.6618.99250.7574.3 SiC陶瓷防彈片成品的性能檢測4.3.1 產(chǎn)品圖4-1實(shí)際產(chǎn)品4.3.2 性能檢測1)SiC陶瓷防彈片的密度、燒失

28、率、收縮率等性能指標(biāo)如表5-3和表5-4所示。表4-4樣品相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)燒前樣品燒前尺寸/mm質(zhì)量/g樣品燒后尺寸/mm燒后素坯燒失收縮率/%率/%質(zhì)量密度/gg/cm340.725.50X40.54X16.9436.24義36.45義4.9424.211.06012.81.8634-5樣品在/、同介質(zhì)中的質(zhì)量測量結(jié)果干重mo(g)飽吸液體試樣在液體中的重量m(g)飽吸液體試樣在空氣中的重量m2(g)樣品密度P(g/cm3)環(huán)狀13.968.729513.96622.66片狀12.836.367112.83551.98數(shù)值計(jì)算:上表中的數(shù)值的計(jì)算公式為：設(shè)已知，燒結(jié)之前的質(zhì)量為m(g),燒結(jié)之

29、后干燥試樣重mo(g),燒之前尺寸為L0燒之后尺寸為Li,燒結(jié)之前素坯體積為V。飽吸液體試樣在空氣中的重量m(g)、飽吸液體試樣在液體中的重量m(g)、液體的密度p(g/cm3)、陶瓷的實(shí)際密度，燒失率和收縮率為：實(shí)際密度(g/cm3)po=pm/(mm)(g/cm3)燒失率(%Wi=100(mom)/mo收縮率(%W2=100(L0-L1)/L0素坯密度pipo=mo/V(g/cm3)2)三點(diǎn)抗彎：三點(diǎn)抗彎計(jì)算公式如下：R=3F*L/2b*h2;R-為三點(diǎn)抗彎值；L-跨距；b-寬度；h-厚度。三點(diǎn)抗彎圖如下：圖7-2三點(diǎn)抗彎測量結(jié)果圖表4-6相同樣品條不同條的三點(diǎn)抗彎測量結(jié)果或b/mmh/m

30、mL/mmF/N值（R/KPa14.043.0230212.458259.524.023.0430238.418288.8第五章結(jié)論結(jié)論與分析：經(jīng)過測定，無壓燒結(jié)碳化硅防彈片的流動性是36.2s/50g,它與粒子的形狀、大小、表面狀態(tài)、密度、孔隙率等因素有很大的關(guān)系。松裝密度是0.757g/m2,影響松裝密度因素主要有；粉末粒度，粒度組成及形狀，顆粒內(nèi)間隙，一定顆粒級配可以得到高松裝密度粉體。松裝密度大小影響著成型時壓力大小，直接影響胚體致密度。松裝密度小說明粉料形貌和尺寸分布不合理，也說明粉料顆粒間相互影響小，粉料流動性不好。為保證胚體體積密度的穩(wěn)定，松裝密度小時，適當(dāng)加大壓制壓力。粉料的流動性決定著它在模具中的充填速度與充填程度。燒失率24.26,它與前面的干燥程度有直接關(guān)系。收縮率是11.0,收縮率比較小，一般要求燒結(jié)后收縮率應(yīng)控制在14位右。影響收縮率因素主要有；粉末粒度，粒度組成及形狀，顆粒內(nèi)間隙，一定顆粒級配可以得到高素坯密度減少收縮率。壓力大小，保壓時間也可以提高素坯密度。改進(jìn)，采用干壓和等靜壓成型相