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纳米碳材料对碳化硅耐火材料的影响

发布日期： 2020-07-22 10:56:19 阅读量（370）作者：

SiC 作为碳化物耐火材料的一种，具有高强度、高硬度及优良的热稳定性等优异的特点，成为了研究人员备受关注的耐火材料。Li 等研究了石墨烯的加入量 SiC力学性能的影响，实验结果表明石墨烯加入量在一定范围内时，确实有增韧 SiC 耐火材料的作用，与未加石墨烯的 SiC 耐火材料的空白样相比，断裂韧性提高了20%，高达 5.65 MPa/m2，抗折强度为434.1 MPa。但是，随着石墨烯的加入量增高，石墨烯与基质中的杂质反应几率大大增加，导致石墨烯结构破坏严重，并且反应的结构导致耐火材料中的气孔率变大，最终造成了断裂韧性降低的现象。

Belmonte M 等同样利用石墨烯和碳化硅制备了复合型耐火材料，同样印证随着石墨烯加入量的增加，碳化硅耐火材料的断裂性能和强度呈先升高后下降的趋势。

Candelario V M 等研究了碳纳米管对碳化硅耐火材料耐磨性的影响，通过与未加碳纳米管的碳化硅耐火材料相比，耐磨性提高了一个数量级，究其原因是碳纳米管的引入，不仅限制了微裂纹的扩散和聚结，纳米颗粒的拔出，同时碳纳米管的润滑效果，减少了微裂纹的数量。最终增强了碳化硅耐火材料的耐磨性能。

Wei Feng 等将碳纳米管引入到碳化硅耐火材料上，研究碳纳米管对碳化硅的机械性能和热力学性能的影响，实验表明碳纳米管的引入确实可以提高碳化硅的抗折强度、抗压强度及热导系数，与未加碳纳米管的碳化硅相比分别提高了1.147、1.257、2.158倍。因为 SiC 纤维上的网状碳纳米管具有增强界面的作用。纤维与基体的结合，提高界面的热导率。所以网状碳纳米管对 SiC/SiC 复合材料的力学性能和热性能有积极的影响。

总之，在碳化硅耐火材料中引入像石墨烯和碳纳米管的纳米碳材料可以通过抑制微裂纹的扩散和聚集以及耐火材料中陶瓷相晶粒的长大，一定程度的去除晶界上的杂质，进而提高碳化硅的断裂韧性。而当石墨烯含量进一步增加时，石墨烯与基质反应程度加深，造成石墨烯结构破坏程度严重，并伴随着大量气孔的产生，以至于最终碳化硅致密度和力学性能的降低。

纳米碳材料对于碳化硅耐火材料的影响，上述研究，大多针对碳化硅耐火材料的机械性能和热力学性能的研究，而针对纳米碳材料对碳化硅耐火材料结构影响涉及不足，并未对纳米碳材料随着温度、气氛等不同条件下对碳化硅耐火材料结构影响机理做分析。