《高強度氮化矽基多孔陶瓷的製備及其孔隙結構的控制》是依託武漢理工大學，由沈強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高強度氮化矽基多孔陶瓷的製備及其孔隙結構的控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈強
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
項目以高強度氮化矽基多孔陶瓷的無壓燒結及其孔隙結構控制為研究目標,重點研究磷酸鹽結合氮化矽基多孔陶瓷的製備工藝，通過合理調配結合劑添加量和燒結制度，實現開閉氣孔、孔徑大小及其分布、孔隙率及其均勻性的精確控制；研究多孔陶瓷晶粒發育、晶粒連線程度、孔壁構造和孔隙結構的影響規律，建立物相組成、顯微結構、孔隙結構與其力學強度和熱學性能之間的關係；闡明高孔隙率氮化矽基多孔陶瓷的增強機理，探查多孔陶瓷在高溫環境下的孔隙結構變化對其力學、熱學性能的影響，製備出孔隙結構可控、具有良好高溫環境適應性的、高強度氮化矽基多孔陶瓷。預期成果將為航空航天領域中的輕質、耐高溫、承載、結構功能一體化的隔熱材料和高溫廢氣過濾用高強度多孔支撐材料提供製備工藝技術和孔隙結構控制的參考依據。
結題摘要
項目以航空航天領域中的輕質、耐高溫、承載、結構功能一體化的隔熱材料和高溫煙氣過濾用高強度氮化矽基多孔陶瓷的無壓燒結及其孔隙結構控制為研究目標。首先，研究了磷酸鹽結合氮化矽多孔陶瓷的無壓燒結製備工藝，闡明了多孔陶瓷晶粒發育、晶粒連線程度、孔壁構造和孔隙結構的影響規律，通過合理調配磷酸鹽結合劑添加量和燒結制度，實現了開閉氣孔、孔徑大小及其分布、孔隙率及其均勻性的精確控制。進而，通過選用澱粉和萘粉作為造孔劑，製備出高孔隙率磷酸鹽結合氮化矽多孔陶瓷，並研究了不同造孔劑含量和製備工藝參數（升溫速率、低溫熱處理溫度、燒結溫度及保溫時間等）對高孔隙率磷酸鋯結合氮化矽多孔陶瓷物相組成、顯微結構、孔隙結構的影響，探明了磷酸鹽結合氮化矽基多孔陶瓷的高孔隙率成孔機理。項目分別建立了高孔隙率磷酸鋯結合氮化矽多孔陶瓷物相組成、顯微結構、孔隙結構與其高溫力學性能和熱學性能之間的關係，探明了高孔隙率多孔陶瓷的增強機理：磷酸鹽位於氮化矽顆粒之間，其反應合成和固相燒結作用有效提高了多孔陶瓷的力學強度。研究結果表明：通過磷酸鹽結合及添加造孔劑的方法成功製備出孔隙率變化範圍35~64%，孔隙結構（孔隙率、孔徑大小）可控的Si3N4多孔陶瓷；當不添加造孔劑時，多孔陶瓷的孔徑大小為0.5m，孔隙率隨磷酸鹽含量的增加而線性降低；當固定磷酸鹽含量為25%時，添加造孔劑可製得多級孔隙結構（孔徑30m的大孔和孔徑0.5m的小孔）的多孔陶瓷，孔隙率隨造孔劑含量的增加而線性增加；磷酸鹽結合氮化矽多孔陶瓷具有較高的力學強度和較低的熱導率，室溫力學強度最高可達到120MPa，熱導率最低可達0.4W/m·K；當溫度高達800℃時，孔隙率為35%的磷酸鋯結合氮化矽多孔陶瓷仍具有較高的抗彎強度為122.5MPa，具有較好的高溫環境適應性。
