本刊讯 中科院宁波材料所获核能材料工程实验室（筹）日前对外宣布，由该所承担的国家自然科学基金资助项目——“新型碳化硅陶瓷致密化烧结助剂”开发项目，现已取得关键性突破。研究表明，具有三元层状的Y3Si2C2材料可成为碳化硅陶瓷新型的烧结助剂，其具有低温液相存在和高温相分解的特性，能起到促进碳化硅陶瓷高温烧结过程中晶粒重排和晶界处重结晶的效果，从而有效地促进产品性能的提升。
据了解，碳化硅陶瓷是现代工程陶瓷之一，其硬度仅次于金刚石，具有热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好、耐磨性能高、在高温下仍具有良好力学性能和抗氧化性能等一系列突出的物理化学性质，因此成为最具发展前景的结构陶瓷。与其它结构陶瓷相比，碳化硅原料来源丰富、制备工艺方法多，可以适应各种不同使用工况的要求，是除了氧化铝以外最可能形成产业化规模的工程结构陶瓷，因此世界各国都十分重视碳化硅陶瓷的研究与应用开发。近年来，随着碳化硅陶瓷在石油、化工、汽车、机械、宇航以及核技术等领域中的应用范围越来越广泛，行业迫切需要在提高碳化硅陶瓷性能的同时，降低生产成本。而实现碳化硅陶瓷的低温烧结，既可显著降低能耗，又能明显降低生产成本，推动碳化硅陶瓷产品的产业化升级。正是在这样的背景下，宁波材料所专门设立了“新型碳化硅陶瓷致密化烧结助剂”项目研发课题组展开研发。
该课题组研究人员谈到，由于碳化硅是强共价化合物，原子扩散能力低，因此在高温下很难烧结致密。为了促进烧结、降低烧结温度，通常需要添加高温烧结助剂来实现。大量烧结助剂的使用会造成碳化硅陶瓷高温强度下降和热学性质恶化，因此探索合适的碳化硅陶瓷烧结法是陶瓷学界关注的重点。此外，陶瓷常规工艺均采用粉末冶金的方法实现烧结助剂和基体陶瓷粉体的混合，该方法存在着添加剂混合不均匀、球磨介质杂质引入等缺点。传统的球磨混合法只是达到了所添加烧结助剂在碳化硅粉末中的随机分散，从单个碳化硅颗粒微观角度来说并未达到均匀接触烧结助剂。如何实现烧结助剂均匀分布于待烧结的碳化硅晶粒界面，这对于陶瓷致密化动力学过程中起着至关重要的作用。
为解决上述问题，课题组从前期研发的“中子吸收硼化物陶瓷”成果基础上，发展出了“颗粒表面包裹”新技术，该新技术突破了传统的陶瓷球磨工艺效率低的难题，成功制备了亚微米级均匀分布的两相复合粉体，合成烧结助剂均匀包裹碳化硼的核壳结构，对于低温致密化烧结效果显著。该方法对于纤维和晶须表面包裹MAX相陶瓷涂层也获得了成功，显示出良好的合成工艺普适性；进一步探索实验采用熔盐法，成功在碳化硅颗粒表面原位反应包覆可控Y3Si2C2涂层，制备出SiC@Y3Si2C2核-壳结构的复合粉体。该复合粉体通过在1700℃、45MPa的条件下的放电等离子烧结（SPS），成功实现了相对致密度为99.5%的SiC陶瓷，且其杨氏模量、维氏硬度、断裂韧性、热扩散系数以及热导率也分别达到了451.7±48.4GPa、26.3±3.4Gpa、、和145.9W/(m•K)，表现出优异的宏观性能。
该项科研成果已在线发表在国际权威学术期刊《欧洲陶瓷学会期刊》上。
