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提高硅碳棒常温抗折强度硬度和断裂韧性

    适当提高烧结温度可有效消除反应硅碳棒中的亚晶界等缺陷,改善材料的力学性能和微观结构。当烧结温度较低时,碳化硅晶粒生长不完全,晶体缺陷较多,导致材料力学性能较差。研究发现,增加保温时间或烧结温度可以有效降低材料的残余碳或游离硅含量,提高材料的致密度和碳化硅含量,从而提升反应硅碳棒的力学性能。材料经1850℃烧结后的综合性能最佳,残余碳和游离硅含量最低,体积密度、硬度和弹性模量分别为3.14g·cm一3,25.3GPa和443GPa。对反应硅碳棒材料进行高温热处理可以降低游离硅含量和碳化硅中的残余应力。在1550℃下制备得到一种反应硅碳棒,并在1600和1800℃真空下分别对材料进行高温热处理。结果表明,经高温热处理后,材料中的游离硅消失。经1800℃热处理后,材料的气孔形状较为圆滑,常温强度明显高于1600℃热处理后材料的。反应硅碳棒的主物相为碳化硅和硅,其中结合相为新生(3-SiC和游离硅,通过引人BQC,Nb或TiC等增韧相,有利于游离硅转化为具有良好结合性或高熔点的第三相,降低材料的游离硅含量并提升其力学性能。研究发现BaC可以与液相Si反应生成812oSloB3,而SI-B-C陶瓷具有优异的力学性能。使用BQC替代部分碳源后,发现材料中游离硅含量显著降低,并且原位生成的812183起到了连接晶粒的作用,提高了材料的力学性能。对材料进行微观形貌观察发现,粗粒径BQC的晶粒被812oSloB3所包裹,而小粒径BQC几乎完全反应转化为B1z(C,Si,B)3。分别将5%,10%、20%和30%(w)的BQC外加至反应硅碳棒中,发现随BQC添加量的增加,材料的常温抗折强度、硬度和断裂韧性逐渐得到提高。www.sdzygw.com

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