三維網絡碳化硅多孔陶瓷的制備

張志金， 于曉東， 王揚衛， 李 凱， 欒志強

(1.北京航空制造工程研究所，北京100024;2.北京理工大學材料科學與工程學院，北京100081;3.北京防化研究院 第一研究所，北京100083)

碳化硅多孔陶瓷由于具有高強度、低密度、良好的抗熱沖擊性、高導熱系數和較低的熱膨脹系數等優點，在航空發動機系統熱端部件、能量轉換裝置、衛星反射鏡以及吸聲材料等方面應用廣泛［1～8］。近年來，如何制備孔徑可控、強度高的多孔陶瓷已成為各國學者的研究熱點。中間相瀝青基炭泡沫是一種具有三維連通網絡結構、孔徑分布均勻、孔徑可控的碳材料［9］，以炭泡沫為模板通過反應燒結工藝能夠制備孔徑可控的多孔陶瓷。而前期的實驗表明，以純炭泡沫為模板，利用反應燒結工藝難以獲得孔筋致密、高強度的多孔陶瓷。

本實驗以中間相瀝青添加55%(質量分數)Si粉的混合物為原料，利用自發泡工藝制備了含Si的炭泡沫模板。在高溫感應燒結爐中，以氬氣為保護氣氛，利用反應燒結工藝成功制備了具有三維網絡結構的碳化硅多孔陶瓷。利用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射儀(XRD)研究了碳化硅多孔陶瓷燒結過程中微觀組織形貌與相組成的變化，并對反應機理進行了探討。

1 實驗過程

1.1 碳化硅多孔陶瓷的制備

本實驗中采用日本三菱(Mitsubishi)公司生產的AR中間相瀝青，其軟化點為280℃，中間相含量100%。碳化硅多孔陶瓷的制備過程如圖1所示。取一定質量的中間相瀝青與55%(質量分數)的Si粉混合物放入鋁制模具中，然后置于高壓反應釜內，在高純氮氣保護下，一定壓力下開始升溫。……