1 試樣制備

1.1 試樣制備以鱗片狀石墨 (1～1.5mm) ，碳化硅 (0～0.5mm) ，硅粉，高嶺土 (0.088mm) 為原料按表 1 配方制備試樣。

按照配方把原料充分混勻后加入 10% 的水，再次混勻后密封困料 24 h 。 然后取不同配方的濕料40g 在 WTJ69-FLE 型號的壓力機上用直徑 36mm的模具壓制成小圓塊，三個配方各 15 個樣塊，自然干燥 24h 后，放入干燥箱于 100℃ 再干燥 24h 后，分別在1050 、 1100 、 1150 和 1200℃ 溫度下用 ZT-50-20Y 型真空氣氛爐對樣品進行燒成。

1.2 性能檢測

采用阿基米德排水法， 按 GB/T2997-2000 規(guī)定測定試樣的體積密度和氣孔率；采用稱重法，分別測定試樣在 700 、 800 、 900℃ 下的失重率；采用 Quanta200 型號的掃描電子顯微鏡分析試樣的顯微結(jié)構(gòu)。

2 實驗與分析

2.1 碳化硅含量對試樣體積密度和氣孔率的影響

試樣的體積密度和氣孔率的測定是以水作為浸漬液。 由表 2 可知，隨碳化硅含量的增加，試樣的體積密度逐漸增大， 而氣孔率在依次減小。 這是因為碳化硅的密度是 3.2g/cm 3 ， 石墨的密度是 2.62g/cm 3[10] ，當實驗制得相同質(zhì)量的試樣， 隨著碳化硅含量的增大， 試樣的總體積在減小， 而其體積密度會逐漸增大。因此試樣的體積密度隨碳化硅含量增加而增大，而氣孔率在依次減小。

2.2 石墨坩堝抗氧化性的影響因素

研究表明，試樣的抗氧化性可以用失重率表示 [11] ，抗氧化性與失重率成反比。 因此下面通過研究碳化硅含量、 氧化溫度和燒成溫度對失重率的影響來反應它們對石墨坩堝抗氧化性的影響。

2.2.1 碳化硅含量對試樣失重率的影響

圖 1 是 1100℃ 燒成試樣在不同氧化溫度下的失重率，可知隨著碳化硅含量增加，失重率在逐漸減小，試樣的抗氧化性增大。這是因為一方面 SiC 具有很好的抗氧化性， 首先 SiC 與 CO 反應生成 SiO 氣體和固體碳，碳沉積在 SiC 表面上，然后 SiO 氣體向周圍擴散與 CO 反應生成 SiO 2 和 C ， 這些反應使CO 還原成 C ，并且體積膨脹，膨脹的體積將阻塞試樣中的氣孔，使得氧氣無法進入試樣內(nèi)部，從而減小試樣的失重率，提高其抗氧化性。因此隨著碳化硅含量增大，試樣的抗氧化性能增大；另一方面坩堝中石墨是鱗片狀，

與氧氣的接觸面積很大，其氧化速度很快，因此試驗中，隨著石墨含量的降低，也會促進石墨坩堝抗氧化性能。

2.2.2 氧化溫度對試樣失重率的影響

圖 2 為 1100℃ 燒成的試樣不同氧化溫度下氧化 6h 的失重率，可以看出試樣隨著氧化溫度升高，失重率都在逐漸增大。一般認為，炭材料的氧化反應經(jīng)過以下步驟： ① 反應氣體向炭材料表面?zhèn)鬟f； ② 反應氣體在材料表面被吸附， 并通過炭材料本身的孔隙向材料內(nèi)部擴散； ③ 以活性點為反應中心發(fā)生氧化反應； ④ 生成的氣體 CO 、 CO 2 等較終從材料表面脫附出去。 所以當石墨坩堝的溫度在 700～900℃ 的溫度下， 氧化速率主要由石墨表面的活性部位數(shù)量來決定 [12] ，制備石墨坩堝時，石墨是均勻分散在坩堝內(nèi)部，所以氧化反應在坩堝內(nèi)部均勻進行。隨著氧化溫度的增大，石墨表面的活性部位數(shù)量越來越多，因此試樣的氧化性能增強，導致其失重率增大。

2.2.3 氧化時間對試樣失重率的影響

圖 3 為 700℃ 條件下不同的氧化時間對試樣 B失重率的影響， 各種燒成溫度下的石墨坩堝試樣失重率都逐漸增大。 反應機理是由于 SiC 和 C 的熱膨脹系數(shù) (CTE) 不匹配 ，高溫煅燒后基體上存在許多微裂紋。 在 C/SiC 的使用過程中，這些微裂紋會成為氧氣的傳輸通道。 由于試樣的致密度較低， 不能有效阻擋氧氣擴散，因此隨著時間的推移，會有更多的氧氣通過微裂紋的通道進入試樣內(nèi)部與石墨和碳化硅反應，從而使得樣品的失重率呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。

在同一氧化時間內(nèi)，隨著燒成溫度從 1050℃ 到1150℃ 依次上升，試樣的失重率逐漸在降低。而燒成溫度在 1150℃ 和 1200℃ 的試樣失重率變化不大，這是因為 1050～1150℃ 燒成的試樣 B 的微裂紋很多，

加致密，燒結(jié)致密性更好，這可能是由于 SiC 在高溫下已經(jīng)被氧化，形成了玻璃相的 SiO 2 ，該相發(fā)生流動填充了試樣的氣孔，并且隨著 SiC 含量的增加，液相形成的程度也將增大。 因此試樣中碳化硅含量的增加，可以增大試樣的致密性。

由圖 5 可知不同燒成溫度的試樣致密性也不相同， 1200℃ 要比 1100℃ 燒成的試樣致密性好很多。因為在 1200℃ 高溫下材料已經(jīng)熔融，因此接觸面上出現(xiàn)更多的液相熔合，形成連續(xù)的燒結(jié)網(wǎng)絡，通過網(wǎng)絡使制備坩堝的所有材料聯(lián)成一個整體， 從而提高了試樣的致密性。

3 結(jié)論

隨著碳化硅含量增加，試樣體積密度增大，氣孔率變小。 ( 碳化硅含量、 氧化溫度和氧化時間對石墨坩堝試樣的失重率有很大的影響。 隨著碳化硅含量增加，試樣失重率逐漸減?。谎趸瘻囟仍礁?，試樣氧化得越快；氧化時間越長，試樣的失重率越大，降低其抗氧化性。

通過石墨坩堝試樣的顯微結(jié)構(gòu)分析得出，碳化硅含量的增加，促進試樣的致密；而燒成溫度的增加在一定范圍內(nèi)也增強試樣的致密性。

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