图1为采用表2配方进行常压烧结碳化硅陶瓷的断口SEM形貌照片，图中黑色部分为碳黑或气孔,灰色部分为碳化硅相。由图1可以看出, 没有酚醛树脂添加时, 碳化硅陶瓷材料中颗粒间结合较松，气孔多且分布不均，局部还存在聚集现象，材料的断裂方式基本为沿晶断裂。随着酚醛树脂添加量的增大, 材料的致密度逐步提高, 气孔数量有所下降。当酚醛树脂的添加量增加到2．0wt．%时,碳化硅颗粒的晶粒尺寸较为均匀，晶粒较小，气孔分布均匀，断面凸凹不平，犬牙交错，可以看到有晶粒撕裂的痕迹，材料的断裂方式以穿晶断裂为主伴随沿晶断裂，碳化硅陶瓷的致密度最高。当酚醛树脂的添加量增加到3wt．%时, 由图可以看出，碳化硅颗粒存在少量的聚集现象，且残留的碳元素增多，气孔有增大的趋势，不利于材料的致密化烧结。

图2为不同酚醛树脂加入量对碳化硅陶瓷的密度与抗弯强度的影响。由图2可以看出，试样的烧结密度和抗弯强度均随着酚醛树脂添加量的增大而增大，当酚醛树脂的添加比例为2．0%时，制备的碳化硅具有最高的密度，达到3．18 g/cm3，抗弯强度为507 MPa，这与图1中观察到陶瓷材料中碳化硅晶粒细小均匀相一致(见图1)，随着酚醛树脂的添加量继续增大，抗弯强度和密度均有所下降。分析其原因：由于常压固相烧结SiC 陶瓷, 固态扩散是其烧结过程中的主要物质传质方式[8]，在不添加有机酚醛树脂的情况下，单独使用B4C作为无机碳源时，碳易发生分散不均匀、偏聚等情况，导致碳化硅晶粒的生长速率慢，不易实现致密化烧结。而有机酚醛树脂是一种良好的碳源，在碳化硅颗粒中的分散效果较好，随着加入量的增加, 晶粒间碳聚集现象减少,这将提高碳化硅颗粒的烧结活性，有利于实现烧结致密化[9,10]。但过量添加酚醛树脂，会导致局部气孔增大和部分碳化硅颗粒聚集，对材料的抗弯强度将产生不利的影响[11]。

烧结温度对陶瓷烧结致密化的影响：

选用A1原料粉体，酚醛树脂2．0%+碳化硼2．5%为主要烧结助剂，分别在2050 ℃、2100 ℃、2150 ℃、2200 ℃进行烧结试验，保持升温速率和保温时间不变，通过测试烧结后的SiC陶瓷材料的体积密度和收缩率，得到烧结温度对陶瓷烧结致密化的影响曲线。

图3为不同烧结温度下SiC陶瓷材料的密度和收缩率。从图3可以看出，随着烧结温度的升高，碳化硅陶瓷的密度和收缩率先快速增大，至2150 ℃时，密度可达3．17 g/cm3，收缩率为17%，但当烧结温度继续升高至2200 ℃时, 密度不再继续增大，基本保持不变，收缩率只有极少量提高。这表明随温度的升高，碳化硅颗粒之间出现粘性流动, 颗粒之间发生相对移动填充了部分孔隙, 使颗粒结合变得致密, 孔隙度变小, SiC陶瓷的收缩率逐渐增大，体积密度也相应增大，表明随烧结温度的升高烧结致密化程度增大。

粉体粒径对陶瓷烧结致密化的影响：

在2150 ℃烧结温度下，酚醛树脂2．0%+碳化硼2．5%，按表3配方依次选用A2 : A1(4 : 1)、A2、A3 : A1(4 : 1)、A3四种粉体进行试验，平均粒径依次约为0．8 μm、1．0 μm、1．6 μm、2．0 μm，研究粉体粒径对碳化硅陶瓷烧结致密化的影响。

图4是不同粒度分布的粉体常压烧结SiC陶瓷的断口形貌照片。从图4中可以看出，粗/细混合粉体(如图a、c)烧结后SiC陶瓷颗粒结合相比单一粉体(如图b、d)烧结而言晶粒细小，结合更加紧密，由于a中使用的粗、细粉体粒径差别适中，使细颗粒可以较好地填充至粗颗粒之间的孔隙处，故烧结后晶粒大小较为一致，碳和气孔分布较均匀，没有明显的聚集和异常晶粒长大；c中使用的粗颗粒较a中相比粒径较大，使细颗粒的填充不够充分，因此在c中可以观察到烧结后存在晶粒结合不够紧密，尺寸大小不一，气孔分布不均等现象。在图中b、d可以看出，使用单一粉体烧结时，粉体粒径较细(图b)的粉体A2烧结后晶粒交织生长，结合较为紧密，气孔分布较为均匀，而粉体粒径较粗(图d)的粉体A3烧结后存在部分晶粒生长大小不一，气孔分布不均且有增大的趋势。

图5是不同粒度分布的粉体常压烧结SiC陶瓷的密度和抗弯强度示意图。由图5可知，采用粗/细混合粉体进行烧结的样品抗弯强度和密度均高于使用单一粉体烧结的样品，这一结果与显微结构相吻合。其中采用A2 : A1(4 : 1)粉体进行烧结的SiC陶瓷样品的密度和抗弯强度达到3．11 g/cm3和428 Mpa，略大于使用单一A2粉体进行烧结后样品。尽管它的力学性能距离单一使用A1粉体进行烧结的样品还存在较大的差距，但这依然可以为低成本常压烧结SiC陶瓷提供一个思路，表明若粗/细粉体的颗粒分布优化出合理的比例之后，将极有可能使用部分A1/A2混合粉体替代全部为细颗粒的A1粉体实现SiC陶瓷常压致密化烧结。采用A3 : A1 (4 : 1)粉体进行烧结的SiC陶瓷样品的密度和抗弯强度值为3．05 g/cm3和358 Mpa，与单一使用粗颗粒A3粉体进行烧结的样品相比，提高幅度较大，但由于细颗粒粉体含量过少，颗粒尺寸差别过大，使烧结后的晶粒结合不够致密，气孔分布不均，导致密度和抗弯强度与实际应用相差较大。下一步可以尝试通过控制不同粒度的粗、细SiC粉体颗粒分布，使SiC陶瓷样品烧结实现致密化，力学性能也可相应提高。

(1)本试验中，在2150 ℃，随着酚醛树脂添加量的增加，材料的致密度提高, 力学性能增强。当酚醛树脂添加量到2wt．%时, 材料的密度最高，为3．17 g/cm3, 并具有最大的弯曲强度507 Mpa；当酚醛树脂添加量大于2wt．%时,碳化硅晶粒发生局部聚集, 气孔有增大的趋势，材料的密度与弯曲强度有所降低。

(2)本试验中，Ar气氛保护下，SiC陶瓷的烧结密度随烧结温度的升高而增大，至2150 ℃时，密度可达3．18g/cm3，收缩率为17%，随着温度继续升高，收缩率和密度基本保持不变；

(3)本试验中，在2150 ℃，酚醛树脂和碳化硼添加量分别为2%、2．5%的条件下，采用混合粉体(粗 : 细=4 : 1)烧结制备的SiC陶瓷样品的密度和弯曲强度大于使用单一粗粉体制备的样品。

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