燃烧合成法制备Al2O3TiB2多孔陶瓷基复合材料.pdf

——复合材料——————————————_寺种铸造及有色合金 燃烧合成法制备A12 03-TiB2多孔陶瓷基复合材料 摘 要利用燃烧合成法制备了Al：O，．TiB：多孔陶瓷基复合材料，根据体系反应热力学计算了燃烧合成反应温度，研究 了预制坯密度、稀释剂以及复合助燃剂对孔结构和组织的影响。结果表明，合理加入适量稀释剂和复合助燃剂，可有效控 制燃烧合成进程，形成预期的多孔结构和组织。稀释剂含量增加，孔尺寸减小，复合助燃剂加入降低了反应的点燃温度，有 利于反应的进行，获得了孔尺寸分布均匀，孔径范围较小的多孔陶瓷基复合材料。细小的硼化物呈短棒状。 关键词：陶瓷基复合材料；多孔结构；燃烧合成；体系成分 多孔陶瓷是一种体内含有大量彼此相通或闭合气 入稀释剂也会提高体系的起始反应温度，增加体系的反 孔的陶瓷材料，根据孔径大小可分为3类：微孔陶瓷、介 孔陶瓷、宏孑L陶瓷u’2J，其中介孔陶瓷因为渗透性和选 作为稀释剂，用自编程序计算得到不同反应物配比下起 择透过性都较好而受到广泛重视。随着多孔陶瓷的使 始反应温度死与体系绝热温度L。之间的关系曲线。 用范围的扩大，其材质的种类不断增多，由普通粘土质 根据能量守恒原理、基尔霍夫定律和盖斯定律对体 发展到耐高温、耐腐蚀、耐热冲击性的材质，如 系进行热力学计算，得出不同稀释剂(Al：O，)含量下绝 SiC、Al：O，、堇青石等。气孔孔径由毫米级到纳米级，气 热反应温度(L)随起始反应温度(死)的变化曲线，见 600 孔率20％一85％，使用温度由常温到高温(可达1 图l。由图1可见随着起始反应温度瓦的增加，绝热温 ℃)旧J。多孔陶瓷的优良特性给它的应用开拓了广阔 度死逐步增大。在绝热温度达到反应体系中某一组分 的前景，其应用已涉及冶金、环保、节能、化工、食品、生 的相变温度时，绝热温度会出现平台。同一起始反应温 物医学等多个科学领域，引起了材料学科的高度关注。 度下，随着反应物中稀释剂加入量茹的增加，反应体系 327 193K 燃烧合成法是利用化学反应自身放热制备材料的 的绝热温度下降。在绝热温度为2 K及3 新技术HJ。产物的高孔隙度是燃烧合成的固有特性。 时，由于产物相变曲线出现平台。同时，在起始反应温 利用这一特性制取多孔材料，能够发挥燃烧合成技术的 度达到723K和933K时，由于反应物发生相变，曲线 优势，取得事半功倍的效果。为了获得合适的孔结构必 发生跃变，绝热温度升高。随着稀释剂含量的增加，体 须控制反应进程和反应物粉末预制坯的密度，当反应结 系反应的难度加大，所以要达到同样的绝热温度，必须 束燃烧合成产物为液态时，气体膨胀阻力急剧减小，使 提高起始反应温度。 孔隙度迅速增大，膨胀气体不能冲破液膜，故而孔洞分 布均匀。作者在体系反应热力学计算和分析基础上，利 用燃烧合成方法制备了孔径约为500I．rm的多孔陶瓷 基复合材料，并研究稀释剂、复合助燃剂、预制坯密度对 孔结构的影响。 孽彰 逗一； 1 反应热力学计算 2∞,tOO800∞O100012001邶 rgn 试验体系的反应方程式为 图1不同氧化铝稀释荆含量下反应体系温度的变化 10AI+3Ti02+38203+xAl203_ 3TiB2+5A1203+xAl203 2试验方法 式中，x表示稀释剂