闵昌胜,董博,余超,等.颗粒级配对重结晶SiC蜂窝陶瓷显微结构与力学性能的影响[J].耐火材料,2024,58(2):127-131.
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重结晶碳化硅(R-SiC)蜂窝陶瓷具有高强度、耐磨损、高气孔率、高比表面积以及优异的抗热震性等特点，被广泛应用于高温过滤器、耐火窑具、蓄热体、催化剂载体等器件。R-SiC的制备通常采用粗、细两种不同粒径的SiC粉体。多孔陶瓷材料的大量研究表明，通过对原料颗粒级配进行设计，可调控多孔陶瓷材料的显微结构，提高其服役性能。从这点得到启发，本研究中，以4种不同粒径的α-SiC粉体为原料，采用挤出成型工艺并结合重结晶烧结法制备SiC蜂窝陶瓷，探究颗粒级配对R-SiC显微结构与性能的影响规律，为R-SiC蜂窝陶瓷原料的颗粒级配优化提供参考。试样配比见表1。在0.5、25 μm双粒径α-SiC原料配比的基础上，逐步引入粒径分别为38和45 μm的α-SiC原料。按表1配比准确称量α-SiC粉，并外加粉体总质量15%的外加剂（羧甲基乙基纤维素、十二烷基苯磺酸钠、大豆油、去离子水），经均匀混合、真空练泥、密封陈腐后采用挤出成型制备蜂窝陶瓷素坯（40 mm×40 mm×200 mm）（见图1）。图1 碳化硅蜂窝陶瓷素坯
首先在流动氩气气氛下经1 200 ℃保温2 h对坯体进行排胶处理，随后将其放置于石墨坩埚，在流动氩气气氛下以5 ℃·min-1升温至2 200 ℃保温1 h，最后以20 ℃·min-1冷却至室温后，得到R-SiC蜂窝陶瓷。分别对烧成陶瓷的物理性能、微观形貌和孔径分布等进行检测和分析。
表1 试样配比
1）经2 200 ℃高温烧成后，随着颗粒级配的调控，SiC烧结颈面积逐渐增加，其晶粒发育更加完全，SiC粗颗粒间形成了良好骨架结构；2）随着38和45 μm粒径α-SiC原料的逐步引入，与仅具有25、0.5 μm双粒径颗粒级配的试样相比，孔径增加且分布更加集中。当α-SiC原料的粒径组成为0.5、25、38 μm时，R-SiC蜂窝陶瓷（即试样RSA2）的力学性能更优，其抗压强度、体积密度、显气孔率分别约为18.0 MPa、1.81 g·cm-3、40.8%。
图2 碳化硅蜂窝陶瓷表面微观形貌及烧结颈面积分布图
（该文得到了国家自然科学基金联合基金项目(U20A20239)和湖北省重点研发计划(2021BAD002和2022BAA032)的联合资助。）
余超，武汉科技大学副教授，湖北省“楚天学者计划”之“楚天学子”，中国菱镁行业协会科学技术委员会青年委员、《陶瓷学报》青年编委，入选湖北省创新群体、江苏省泰州市双创人才。主要从事功能耐火材料与高温陶瓷的教学、科研和产业化工作。主持和参与国家科技支撑计划、国家基础加强计划重点基础研究项目、国家自然科学基金、湖北省重点研发计划等10余项。合作发表学术论文150余篇，其中以第一作者或通讯作者在Corrosion Science、Journal of the American Ceramic Society、Journal of the European Ceramic Society、Scripta Materialia等国内外重要期刊发表论文60余篇，授权国家发明专利39项，参与制定/修订行业标准4项，参编学术著作1部。获得包括湖北省技术发明一等奖在内的省部级科技一等奖3项、二等奖2项，行业协会青年科技奖1项、陶瓷技术创新人才奖1项。
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