Y2O3添加剂对熔盐法制备的Al2O3-SiC复合粉体及其陶瓷材料性能的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0068

摘要/Abstract

摘要：

为了进一步探讨Al₂O₃-SiC复合陶瓷的制备工艺，以硅灰、Al粉和炭黑为原料，Y₂O₃为添加剂，NaCl和KCl为熔盐介质，通过熔盐法合成Al₂O₃-SiC复合粉体，系统研究了合成温度、Y₂O₃加入量对物相组成及显微结构的影响。结果表明，随着Y₂O₃添加量从0%增加到3%（质量分数）时，晶相以α-Al₂O₃和β-SiC相为主，晶须长度为0.5~3.0 μm，直径为20~70 nm。SiC晶须合成机理表明，在合成过程中起主导作用的是气-固生长（V-S）机理，添加3%Y₂O₃的复合粉体采用无压烧结法在1 500 ℃保温4 h制备的Al₂O₃-SiC复合陶瓷材料的显气孔率为25.3%，体积密度为1.98 g·cm^-3，耐压强度为16.4 MPa。

关键词: 熔盐, 复合粉体, Y₂O₃, SiC晶须, 气-固生长机理

Abstract:

To further investigate the preparation process of Al₂O₃-SiC composite ceramics， Al₂O₃-SiC composite powder was successfully synthesized via a molten-salt-assisted method using silica fume， aluminum powder， and carbon black as raw materials， Y₂O₃ as the additive， and NaCl and KCl as the molten salt medium. The effects of synthesis temperature and Y₂O₃ content on the phase composition and microstructure were investigated. The results show that the principal crystalline phases are α-Al₂O₃ and β-SiC. With Y₂O₃ content increasing from 0% to 3%（mass fraction）， SiC whiskers are formed with lengths of 0.5 μm to 3.0 μm and diameters ranging from 20 nm to 70 nm. The growth mechanism study reveals that Y₂O₃ plays an important role in the formation of SiC whiskers， following a vapor-solid （V-S） growth mechanism. For the sample with 3%Y₂O₃ sintered at 1 500 ℃ for 4 h via pressureless sintering， the obtained Al₂O₃-SiC composite ceramic material exhibits a apparent porosity of 25.3%， a bulk density of 1.98 g·cm^-3， and a compressive strength of 16.4 MPa.

Key words: molten salt, composite powder, Y₂O₃, SiC whisker, vapor-solid growth mechanism

中图分类号:

TQ174

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图/表 7

表1 主要原料信息

Table 1 Information of main raw materials

Name of raw material	Particle size/μm	Purity percentage of raw material/%	Manufacturer or distributor
Silica fume	0.1~0.3	≥93.00	Hebei Kexu Building Materials Co.， Ltd.
Carbon black	15.0	>99.00	Zhengzhou Xinke Chemical Products Co.， Ltd.
Aluminum powder	2.6	99.00	Gongyi Borun Refractory Materials Co.， Ltd.
Yttrium oxide	—	>99.99	Sinopharm Chemical Reagent Co.， Ltd.
Sodium chloride	—	99.50（AR）	Sinopharm Chemical Reagent Co.， Ltd.
Potassium chloride	—	99.50（AR）	Sinopharm Chemical Reagent Co.， Ltd.
Argon	—	99.00	Anshan Iron & Steel Labor Services （Anshan） Hongtai Low-temperature Equipment Co.， Ltd.

图1 添加3%Y2O3样品在1 100~1 300 ℃保温4 h合成的复合粉体XRD谱

Fig.1 XRD patterns of composite powders synthesized from samples with 3% Y2O3 by holding temperature at 1 100 to 1 300 ℃ for 4 h

图2 不同Y2O3添加量下复合粉体的XRD谱及各物相相对含量

Fig.2 XRD patterns and phase relative content of composite powders with different Y2O3 content

图3 添加3%Y2O3的样品在不同温度保温4 h合成复合粉体的SEM照片和EDS能谱，以及1 200~1 300 ℃晶须尺寸分布直方图

Fig.3 SEM images and EDS spectrum of composite powders synthesized from samples with 3%Y2O3 at different temperatures for 4 h， and whisker size distribution histograms at 1 200 ℃ to 1 300 ℃

图4 不同Y2O3添加量的样品通过熔盐法在1 300 ℃保温4 h合成产物的SEM照片

Fig.4 SEM images of composite powders synthesized from samples with different Y2O3 content by molten salt method at 1 300 ℃ for 4 h

图5 不同Y2O3添加量的样品在1 500 ℃保温4 h合成复合陶瓷的物理性能

Fig.5 Physical properties of composite ceramics synthesized with different Y2O3 content by holding at 1 500 ℃ for 4 h

图6 以Y2O3为添加剂熔盐法合成Al2O3-SiC复合粉体的反应机理图

Fig.6 Synthesis mechanism diagram of Al2O3-SiC composite powders synthesized by molten salt method with Y2O3 as additive

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Y₂O₃添加剂对熔盐法制备的Al₂O₃-SiC复合粉体及其陶瓷材料性能的影响

Effect of Y₂O₃ Additive on Properties of Molten Salt-Assisted Synthesis of Al₂O₃-SiC Composite Powders and Resulting Ceramic Materials

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