·302 北京科技大学学报 2004年第3期 2实验结果与分析 21脱脂一预烧结工艺过程中粘结剂的脱除 坯块进行热脱脂之前，在汽油中浸泡28h进 行溶剂萃取脱脂，其主要为脱除粘结剂中的石 蜡，使坯块中留下尽量多的联通孔隙，以便于热 脱脂时排出聚乙烯和剩余石蜡的热分解物.图2 图3不同升温速率下脱脂一预烧结后预成形还外观形 为溶剂脱脂粘结剂中石蜡随时间失重关系图. 貌的对比图 Fig.3 Appearance comparison of preforms after debin- 见 ding-pre-sintering in different heating velocities 15 烧结温度的升高对预成形坯的抗压强度的 70 影响如图4所示.在1050℃时，预成形坯的抗压 强度几乎为零，而在1100℃可达本实验中压力 60 渗滤技术制备复合材料要求的抗压强度，从图中 可以看到，预成形坯的抗压强度随烧结温度的升 50 高明显增大，这与粉末烧结理论中强度随烧结温 0 101520 2530 度的变化相一致， 时间h 图2溶剂脱脂粘结剂中石蜡随时间的失重关系 4.0 Fig.2 Weightlessness relation of wax in the binder with time during solvent debinding 2.0 从图中可知粘结剂中石蜡的失重随着时间 的增加而增大，但在20h后基本保持在石蜡总量 裕1.0 的80%左右（石蜡脱除量约占粘结剂总量的 0.0 56%),而预烧结后粘结剂的脱除量为原加入粘 1000 1050 1150 12001250 结剂总量的95%以上，可以认为在脱脂一预烧结 温度/℃ 工艺过程中粘结剂得到了很好的脱除 图4烧结温度对预成形还的抗压强度的影响 22不同热脱脂一烧结过程对预成形坯强度的 Fig.4 Effect of sintering temperature on the resistance strength of the preforms 影响 在热脱脂过程中对升温速率的严格控制可 23不同烧结温度下预成形坯孔隙度的变化 以较好地保证预成形坯最终的外观，即不出现开 根据液态静力学称量法，在称量致密材料的 裂、鼓涨甚至崩塌等缺陷.图3为不同升温速率 质量时可直接将试样放在水中称量.通过对所制 下脱脂一预烧结后预成形坯外观形貌的对比图， 备预成形坯微观组织结构的观察后可知试样中 图中左端的试样为未脱脂一预烧结的压制预成 的孔洞三维连通性良好，所以采用直接将预成形 形坯.中间的试样为以本次实验的升温速率烧结 坯放入酒精（密度为P,改善介质与试样间的浸 而成的预成形坯.通过实验前后测得的数据计算 润特性)中称量的液态静力学称量法可以测出其 可知其高度线性膨胀率在3%以内，而直径的线 的实际密度，已知预成形坯理论密度记为P2.首 性膨胀率则远远小于1%：并且没有出现开裂、鼓 先测量预成形坯在空气中的质量M，然后再测 涨等缺陷，保持有良好的烧结后外观形貌.右端 量各预成形坯浸在酒精中的质量M,这样利用 的试样是以6℃min的速率升温到500℃保温后 预成形坯在酒精中称量时质量的减少即可计算 再进行预烧结的预成形坯，可以看到明显的鼓涨 试样的实际密度p(包括闭孔在内的密度)，此时 缺陷，说明在热脱脂一预烧结过程中，升温速率 试样的实际密度p,与SiC的理论密度p2之比为孔 过快对粘结剂的脱除不利，在升温过程中使粘结 隙度E.计算公式为： 剂热膨胀急剧发生，从而造成预成形坯外观的畸 P=PoMi/(M.-M) (1) 变与缺陷. E=p/pa (2)北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 4 年 第 3 期 2 实验 结 果 与 分 析 .2 1 脱 脂一预 烧结 工 艺过 程 中粘 结 剂 的脱 除 坯 块进 行热 脱 脂 之前 , 在汽 油 中浸 泡 28 h 进 行 溶 剂 萃取 脱 脂 , 其主 要 为 脱 除粘 结剂 中 的石 蜡 , 使坯 块 中 留下 尽量 多 的联 通 孔 隙 , 以便 于 热 脱 脂 时排 出聚 乙烯 和 剩 余石 蜡 的热 分 解物 . 图 2 为 溶剂 脱 脂粘 结 剂 中石 蜡 随时 间失 重 关系 图 . / 一 厂 . 0 工ōJ O ù I à八“、 é ,RnU 苦. 7 洲`6Uù I ù气é 水侧芝 侧撼芝葱田d/时 0 5 1 0 15 2 0 2 5 3 0 时 间瓜 图 2 溶剂 脱脂 粘结 剂 中石蜡 随时 间 的失重 关系 F i g . Z W七ig h lt e s s n e s s er l a t io n o f w a x in t h e b in d e r 初ht t im e d u r i n g s o vl e n t d e b纽 d i n g 图 3 不 同升温 速 率下脱 脂一预 烧结 后预成 形 坯外观 形 貌 的对 比图 F ig · 3 A P P e a ar n e e e o m P a r is o n o f P er fo r . s a ft e r d e b i n - d in g 一 P er 一s in t e ir n g i n d i们阳er n t h e a it n g v e l o c i it e s 烧 结温度 的升 高对 预 成 形 坯 的抗 压 强 度 的 影 响 如 图 4 所示 . 在 1 0 50 ℃ 时 , 预成 形 坯 的抗 压 强度 几 乎 为零 , 而在 1 10 0 ℃ 可 达本 实 验 中压 力 渗滤 技 术制 备复 合材 料要 求 的抗压 强度 . 从 图中 可 以看 到 , 预 成形 坯 的抗压 强度 随烧 结温度 的升 高 明显增 大 , 这 与粉 末烧 结理 论 中强度 随烧 结温 度 的变 化相 一 致 . 从 图 中可 知 粘 结 剂 中石 蜡 的 失 重 随着 时 间 的增 加 而增 大 , 但 在 20 h后 基 本保 持 在石 蜡 总量 的 8 0% 左 右 ( 石 蜡 脱 除量 约 占 粘 结 剂 总 量 的 56% ) . 而 预烧 结 后 粘结 剂 的脱 除量 为原 加 入粘 结剂 总量 的 95 % 以上 , 可 以认 为在脱 脂一预烧 结 工艺 过 程 中粘 结剂 得 到 了很好 的脱 除 , .2 2 不 同热 脱脂 一烧结 过程 对 预 成形 坯 强度 的 影 响 在 热 脱 脂 过程 中 对 升温 速 率 的严 格 控 制 可 以较 好地保 证预 成 形坯最 终 的外 观 , 即不 出现 开 裂 、 鼓涨 甚 至崩 塌 等缺 陷 . 图 3 为 不 同升 温速 率 下脱 脂一预烧 结后 预成 形坯 外观 形貌 的对 比图 . 图 中左 端 的试 样 为 未 脱 脂一预 烧 结 的压 制 预 成 形坯 . 中间 的试 样 为 以本 次 实验 的升温 速 率烧 结 而 成 的预成 形坯 . 通 过 实验前 后 测得 的数 据计 算 可 知其 高 度线 性膨 胀 率 在 3% 以 内 , 而 直径 的线 性 膨胀 率 则远远 小 于 1% ; 并 且 没有 出现 开 裂 、 鼓 涨 等 缺 陷 , 保持 有 良好 的烧 结后 外观 形 貌 . 右 端 的试 样是 以 6 ℃ m/ in 的速 率升 温 到 50 0 ℃ 保 温 后 再 进行 预烧 结 的预成 形坯 , 可 以看到 明显 的鼓 涨 缺 陷 , 说 明在热 脱脂一 预烧 结 过程 中 , 升温速 率 过快 对粘 结 剂 的脱 除不利 , 在 升温 过程 中使粘 结 剂热 膨胀 急剧 发 生 , 从而 造成 预成 形坯 外观 的畸 变与缺 陷 . 0 0 0 1 0厂5 0 1 15 0 1 2 0 0 12 5 0 温 度 / ℃ 图 4 烧结 温度 对预 成形 坯 的抗压 强度 的 影响 F i g · 4 E fe e t o f s in et r i n g et m P e ar t u er o n t h e er s is at n e e s t er n g t h o f t h e P er fo r m s .2 3 不 同烧 结温 度 下预 成形 坯 孔 隙度 的 变 化 根 据液 态静 力 学称 量法 , 在称 量 致密 材料 的 质 量 时可 直接将 试 样放 在水 中称 量 . 通 过对 所制 备 预 成 形 坯微 观 组 织 结 构 的观 察 后 可 知试 样 中 的孔洞 三 维连通 性 良好 , 所 以采 用直 接将 预 成形 坯 放 入酒 精 ( 密 度 为P 。 , 改 善介 质 与试 样 间 的浸 润特 性 ) 中称量 的液态 静力 学称 量法 可 以测 出其 的实 际密 度 . 已 知预 成 形坯 理 论密 度 记 为户 . 首 先 测量 预 成形 坯 在空气 中的质 量肠 , 然后 再 测 量 各 预 成形 坯 浸在 酒 精 中 的质 量城 , 这样 利用 预 成 形 坯 在酒 精 中称 量 时质 量 的减 少 即可 计 算 试 样 的实际密 度 P l ( 包括 闭孔在 内的密 度 ) , 此 时 试 样 的实 际密 度 P : 与 is C 的理 论密 度p Z之 比为 孔 隙度 。 : . 计 算 公式 为 : 户1 = 户画 /(肠 一 城 ) ( l ) e , = P , /P Z ( 2 )