研究目的
研究不同添加剂通过放电等离子烧结获得的碳化硅基陶瓷复合材料的导热性能影响因素。
研究成果
基于SPS技术获得的SiC基陶瓷复合材料具有高密度(理论密度的99%),其热导率在20°C时为113至170 W/(m·K),在1300°C时为23至58 W/(m·K)。比热容接近高纯度β-SiC。对于这类密度接近理论值的材料,可采用E. Ya. Litovskii提出的公式预测其热导率。
研究不足
通过激光闪光法测定热导率的误差至少为7%。与理论值相比,热导率预测的偏差范围在2%至23%之间。该研究仅限于特定成分和温度范围,可能无法推广到其他材料或条件。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用放电等离子烧结(SPS)技术制备以碳化硅为基体、添加B4C、AlN、Si3N4、Y2O3、Al2O3和HfB2等添加剂的陶瓷复合材料(CCM)。通过激光闪光法、差示扫描量热法(DSC)和绝热量热法,在20-1300°C温度范围内测量其热物理性能(比热容、热扩散率、热导率),热导率由测得的热扩散率、比热容和密度计算得出。
2:4C、AlN、Si3NY2OAl2O3和HfB2等添加剂的陶瓷复合材料(CCM)。通过激光闪光法、差示扫描量热法(DSC)和绝热量热法,在20-1300°C温度范围内测量其热物理性能(比热容、热扩散率、热导率),热导率由测得的热扩散率、比热容和密度计算得出。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:样品以平均粒径4μm的碳化硅粉末(F 1200)、Viking JSC公司的碳化硅晶须(SiCw)及指定粒径的添加剂为原料,包含不同体积百分比碳化硅与多种添加剂的复合配方。
3:0)、Viking JSC公司的碳化硅晶须(SiCw)及指定粒径的添加剂为原料,包含不同体积百分比碳化硅与多种添加剂的复合配方。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括德国FCT公司H-HPD 25-SD型混合式放电等离子烧结装置、IGA6高温计、日本AND公司GR-200电子天平、德国耐驰LFA 427激光闪光仪、日本真空理工SH-3000M绝热量热仪和德国耐驰DSC 404 F1差示扫描量热仪。材料包含SiC、B4C、AlN、Si3N4、Y2O3、Al2O3、HfB2粉末、铂金涂层材料及石墨发黑剂。
4:4C、AlN、Si3NY2OAl2OHfB2粉末、铂金涂层材料及石墨发黑剂。 实验流程与操作规范:
4. 实验流程与操作规范:样品在氩气氛围中以100K/min升温速率于1650-1800°C进行SPS烧结,通过静水称重法测定密度,对铂金涂层样品采用激光闪光法测量热扩散率,比热容通过激光闪光法、DSC和绝热量热法联合测定,热导率按公式λ = a * Cp * ρ计算。
5:数据分析方法:
采用最小二乘法拟合比热容与热导率表达式,并基于E. Ya. Litovskii方法将实测热导率与理论值进行对比验证。
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hybrid spark plasma sintering apparatus
H-HPD 25-SD
FCT
Used for sintering ceramic composite materials under pressure and high temperature.
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pyrometer
IGA6
Used to record temperature changes during sintering.
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electronic balance
GR-200
AND
Used for hydrostatic weighing to determine density of samples.
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laser flash apparatus
LFA 427
Netzsch
Used to measure thermal diffusivity by laser flash method.
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adiabatic calorimeter
SH-3000M
Sinku-Riko
Used to measure specific heat capacity by adiabatic scanning calorimetry.
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differential scanning calorimeter
DSC 404 F1
Netzsch
Used to measure specific heat capacity by differential scanning calorimetry.
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