碳化硅喷嘴注射成形及致密化研究

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目前,随着微机电系统的不断发展,微零件的需求量在逐年增加,广泛应用于医疗、通讯、轻工业等领域的微小孔构件是一种典型制品。诸多应用对微小孔的耐磨、耐蚀、耐酸碱等不断提供出更高要求,因此,陶瓷成为制造微小孔时倍受青睐的材料之一,然而其难加工性限制了陶瓷微小孔构件的应用化进程。微注射成形由于其自身优势,有望成为陶瓷微小孔构件的一种高效的加工技术。本文研究以碳化硅陶瓷为例,研究了喂料制备关键技术,优化了注射成形工艺,在明确脱脂及烧结机理的基础上制定了合理的工艺规范,揭示了陶瓷微小孔构件成形过程中的质量控制因素。研制了一种适合于陶瓷微小孔的粉末微注射成形的新型粘结剂,制备了适合于微小孔构件的粉末微注射成形所需喂料,混炼后喂料均匀性、流变性能、强度及脱脂特性均适合于粉末微注射成形。在分析生坯脱脂热力学和动力学的基础上,制定了适合于微小孔构件的快速脱脂工艺规范。针对碳化硅微小孔构件,创新性的提出了利用空气热脱脂技术代替原有惰性气体保护或真空热脱脂方法,揭示了脱脂工艺对脱脂坯成形质量的影响规律,成功的将脱脂坯预烧结温度由常用的1200℃降低至850℃,同时提高了脱脂坯强度。揭示了空气气氛下脱脂预氧化对碳化硅微小孔构件烧结特性的影响规律,以Al2O3/Y2O3为结助剂的SiC微小孔构件,预氧化后在氩气保护下于1900℃埋粉烧结1小时为最佳烧结工艺规范,随预氧化温度升高,试样线性收缩逐渐增加,均高于无预氧化试样,适当温度下的预氧化有利于烧结致密化,最高相对密度可达97.5%,但过高温度下的预氧化容易导致烧结制品表面疏松。分析了烧结后陶瓷微小孔构件的微观组织形貌、力学特性,探索了组织与性能控制关键因素。针对碳化硅微小孔喷嘴:烧结后试样由碳化硅与晶间液相组成,XRD及TEM能谱分析表明烧结后试样内部无残余氧化硅。随着预氧化温度的升高,脱脂坯烧结后液相逐渐减少,因此,可通过调整预氧化温度来调节制品液相含量,进而实现对强度的有效控制,弯曲强度可控制在450-600MPa。
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