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Laminated biomorphous SiC/Si Laminated biomorphous SiC/Si porous ceramics made from wood porous ceramics made from wood

veneerveneer

姓名 : 鄭博元學號 :MA0R0204

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目錄目錄•摘要

•樣品製作•製程

•分析方法•結果與討論

•結論

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摘要摘要

櫸木板片和酚醛樹脂製成生物形態 SiC/Si的材料疊層構造體的多孔陶瓷。

探討有關的層疊多孔結構和游離矽含量的最終複合材料的機械性質。

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樣品製作樣品製作50多層的切片櫸木皮（ 150mm X 150mm X 0.5mm）和酚醛樹脂（ PF）粘合，在 5MPa， 160℃下進行 10分鐘（如下圖所示）。

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製程製程膠合板在高溫真空燒結爐，加熱直到350 ℃，然後在到 1200℃保持 2 小時。隨後在爐中將其冷卻至室溫，得到層疊碳化物模板。將模板切成 60mm×60mm的方塊和矽粉末，在真空爐中一起加熱到 1420℃然後再冷卻到室溫。隨後部分樣品在 1700℃回縮 20〜 100分鐘，去除多餘游離矽在孔隙和裂紋。 過程如右圖所示 :

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分析方法分析方法將樣品切成條，使用 X 射線繞射儀（ XRD， XD-2，中國）觀察木材模板的碳化和 SiC陶瓷的相位的程度。碳化木材模板和最終層疊 SiC / Si的多孔陶瓷的形態，通過掃描型電子顯微鏡（ SEM， JSM-35C，日本）在 20kv和 20mA操作分析。通過四點彎曲（ 20/40毫米），在室溫下的強度與試驗機（英斯特朗 8802， USA）進行測試根據 ASTM C1161-90。材料的斷裂韌性測試與單一邊緣切口梁（ SENB）方法。使用表面密度和表面孔隙率的密度測試儀（ MDMDY-300，中國）測量。

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結果與討論相位的演變結晶性複合材料碳化過程中的變化和滲透。下圖顯示出的碳化物模板和層疊 SiC/Si的多孔陶瓷的 XRD圖譜。

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殘留的碳仍然存在於樣品中，表示在層疊陶瓷是一個三相組成的β-SiC的游離矽和碳的複合材料。在較長的回縮時間，游離矽和殘留的碳含量將被減少，在高溫下被氣化。出於這個原因，殘餘的碳幾乎消失在最後，以及很少的游離矽仍留在孔隙和裂紋而複合材料的主相是 β- 碳化矽。

相位演變相位演變

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微結構特徵微結構特徵圖 a~d顯示碳化物模板和層疊 SiC/Si的多孔陶瓷的顯微組織。

圖 a 表示櫸木碳化物的模板，櫸木的原貌保留，纖維的紋理是顯而易見的。

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微結構特徵微結構特徵

圖 b 表示出了橫截面視圖。白色層的示游離矽，灰色是 SiC層，交替地層疊形成的層疊結構。

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微結構特徵微結構特徵

圖 c 這些結構有 1~10微米的圓形或橢圓形像蜂窩的結構。細胞在陶瓷中有特性的光澤和殘餘的游離矽 ( 粒子在圖 d 中的箭頭所示，經再處理，但沒有被氣化）

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顯微結構與溫度，加熱速率，滲透時間和回縮時間有關。在較高的溫度下，較高的熱耗率和較長的反應時間通常會部分地破壞細胞壁。在這項實驗中，滲透溫度為 1420℃，這只是為了熔化矽。所述熔化的矽接近的碳細胞的外壁，並透過縱向血管和細胞通過毛細管作用，熱功率和負壓，然後通過逐漸擴散的整個蜂窩網絡。反應速度很慢，因為它不破壞碳細胞。有可能降低的層疊結構各向異性，這會降低變形和開裂。以這種方式，可以得到更大的樣本。

微結構特徵微結構特徵

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抗彎強度和斷裂韌性抗彎強度和斷裂韌性層疊的陶瓷的主要特點是高強度和斷裂韌性。它們的機械性質是密切相關的密度和顯微結構。

表面孔隙率顯著增加在最初回縮過程然後逐漸變得緩慢。與此相反，表面密度的趨勢增加回縮時間減小。這是因為在細胞和裂紋的游離矽熔化並在真空下氣化，同時使複合材料在高溫下增加的損失。

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下圖 1 表示的表面孔隙和率複合材料的抗灣強度關係。抗彎強度迅速下降的最終複合材料的孔隙度的增加。

下圖 2 表示複合材料斷裂韌性和回縮時間的關係。斷裂韌性在 70~80分鐘後下降與增加回縮時間。

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右圖表示的負荷 - 位移曲線的樣回縮樣品與沒有再處理的樣品比較。斷裂行為的改變，回縮樣本（ 80分鐘）漸進破壞行為，而沒有再處理的樣品，斷裂嚴重。

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結論結論疊層 SiC/Si的櫸木的碳化物模板和熔化矽多孔陶瓷的製程。這些複合材料的主相是 β- 碳化矽。木材保留生物性質 (biomorphous)的特性。回縮時間和游離矽含量層壓板的基本結構和功能上有很大的影響。表面孔隙率隨著回縮時間被延長，表面密度和游離矽含量表現出相反的趨勢。再處理增加了斷裂韌性和時間抗彎強度，是由於高的斷裂韌性的層疊和多孔結構，這有助於在防止嚴重的材料解體。