張小立，蔣志強(qiáng)，蔡 鳴，李嬌嬌

（1.中原工學(xué)院，鄭州450007；2.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，鄭州450015；3.鄭州華碩精密陶瓷有限公司，鄭州450001）

碳化硅陶瓷材料具有高溫強(qiáng)度大、高溫抗氧化性強(qiáng)、耐磨損性能好、熱穩(wěn)定性佳、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率大、硬度高、抗熱震和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良特性，在汽車(chē)、機(jī)械化工、環(huán)境保護(hù)、空間技術(shù)、信息電子、能源等領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為許多工業(yè)領(lǐng)域中一種性能優(yōu)異的其他材料不可替代的結(jié)構(gòu)陶瓷［1］.由于碳化硅陶瓷的高性能和在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，SiC的成型一直是材料界研究的熱點(diǎn).擠壓成型工藝是將粉料、粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑等與水均勻混合，然后將塑性物料擠壓成剛性模具，得到管狀、柱狀、板狀以及多孔柱狀成型體，是生產(chǎn)制造等截面陶瓷產(chǎn)品最常用的工藝之一［2］.近年來(lái)，擠壓成型在陶瓷及復(fù)合材料的制備中受到越來(lái)越多的重視.目前，國(guó)外已經(jīng)掌握了碳化硅擠壓成型的成熟工藝，國(guó)內(nèi)報(bào)道較少［3］.

擠出料的塑性決定了工藝的可靠性和其燒結(jié)制品的品質(zhì).本文對(duì)擠壓SiC坯料的塑性進(jìn)行了研究，并測(cè)試了烘干泥料的氣孔率和密度等參量，從而為SiC擠壓成型工藝的控制提供技術(shù)基礎(chǔ).

1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用的碳化硅粉平均粒度為21.380μm，其粒度分布見(jiàn)圖1.塑性劑為聚乙二醇（F），和水混合在一起，水用W表示.聚乙二醇（F）含量分別為3%、5%、8%、10%，水（W）含量分別為31%、32%、33%.

實(shí)驗(yàn)流程如下：

稱(chēng)量SiC粉→加入塑性劑和水的混合物→和泥→陳腐→測(cè)塑性→擠壓成型→烘干→測(cè)量樣品干重→將樣品放入沸水中煮1h→測(cè)量其濕重和水重→算出密度和氣孔率.

利用MS－2000E激光粒度分析儀進(jìn)行原料粒度分析；利用ACS－15A型電子秤進(jìn)行物料稱(chēng)重；利用自制針管式裝置進(jìn)行擠壓成型（擠壓壓力約3～5MPa）；利用WX－Ⅱ光電液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行泥料塑限測(cè)試，同時(shí)利用模擬金屬拉伸試驗(yàn)的方法進(jìn)行泥坯料的拉伸，并計(jì)算相對(duì)伸長(zhǎng)率以驗(yàn)證其塑性.泥料成型之后，放在烘干設(shè)備中在110℃下烘干8h，為以后測(cè)定氣孔率和密度做準(zhǔn)備.利用水煮法進(jìn)行密度和氣孔率測(cè)試，并用托盤(pán)天平進(jìn)行稱(chēng)重.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1 試驗(yàn)用SiC粉的粒度分布圖

將陳腐［4］時(shí)間相同、聚乙二醇和水不同配比下獲得的樣品進(jìn)行塑限和伸長(zhǎng)率測(cè)試，將結(jié)果繪制在同一圖中，如圖2－圖4所示.再將不同陳腐時(shí)間（24h、48h、72h）下獲得的高塑限、高伸長(zhǎng)率的試樣進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示.塑限和伸長(zhǎng)率均顯示良好的試樣的最佳配方是：F5%、W31%、24h，即聚乙二醇含量5%、水含量31%、陳腐時(shí)間24h.

圖2 泥料陳腐24h下塑限和伸長(zhǎng)率對(duì)比圖

圖3 泥料陳腐48h下塑限和伸長(zhǎng)率對(duì)比圖

圖5 塑限和伸長(zhǎng)率對(duì)比圖

將陳腐時(shí)間相同、聚乙二醇和水不同配比下獲得的樣品，進(jìn)行氣孔率和密度測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果繪制在圖中，如圖6－圖8所示.再將不同陳腐時(shí)間（24h、48h、72h）下氣孔率較低、密度較高的試樣進(jìn)行比對(duì)（如圖9所示），從而獲得氣孔率最低、密度最大的試樣的配方：F5%W31%24h，即聚乙二醇5%、水31%、陳腐時(shí)間24h.

圖6 泥料陳腐24h下氣孔率和密度對(duì)比圖

圖7 泥料陳腐48h下氣孔率和密度對(duì)比圖

將圖4和圖9進(jìn)行對(duì)比，二者的最佳工藝是一致的.

圖8 泥料陳腐72h氣孔率和密度對(duì)比圖

圖9 氣孔率和密度對(duì)比圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本文以聚乙二醇為塑性劑，以塑限、伸長(zhǎng)率、氣孔率和密度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了陳腐時(shí)間、聚乙二醇和水的不同配比對(duì)SiC泥料的塑限、伸長(zhǎng)率、密度、氣孔率等性能的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在聚乙二醇含量5%、水含量31%、陳腐時(shí)間24h的工藝條件下，可獲得較好的各評(píng)價(jià)指標(biāo)，且伸長(zhǎng)率的變化和塑性指標(biāo)的變化規(guī)律相同.此外，在該工藝條件下，所得泥料的氣孔率最低，生坯密度最高.

［1］郭曉明，閆永杰，陳健，等.擠出成型碳化硅陶瓷的力學(xué)性能和顯微結(jié)構(gòu)［J］.無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2009，24（6）：1155－1158.

［2］李媛.高積強(qiáng).陶瓷材料擠出成型工藝與理論研究進(jìn)展［J］.耐火材料，2004，38（4）：277－280.

［3］李世斌，于福義，金志浩.反應(yīng)燒結(jié)碳化硅擠壓成形流變性與粒度分布的關(guān)系［J］.陶瓷，2007（5）：42－45.

［4］李世斌.反應(yīng)燒結(jié)碳化硅擠壓成型、工藝及性能的研究［D］.西安：西安交通大學(xué)，2003.