摘要：本文通过实验研究了颗粒级配对固相烧结碳化硅陶瓷性能的影响。结果表明，颗粒级配能够显著改善碳化硅陶瓷的致密度、力学性能以及微观结构。通过合理的颗粒级配，可以优化粉末床的堆积状态，进而提高成型素坯的体积密度和力学性能，制备出高致密、高强度的碳化硅陶瓷。

　　1. 实验过程

　　1.1 实验材料

　　实验采用的材料包括造粒SiC粉末（D50=82 μm，纯度>99.8%）、SiC粉末（D50=5 μm，纯度>99%）和炭黑（纯度>99%）。激光成型用黏结剂为热塑性酚醛树脂粉末（D50=20 μm，纯度>98%），前驱体为聚碳硅烷溶液（室温黏度65 mPa·s，热解产率89%）。

　　1.2 实验方法

　　实验中采用选区激光烧结（SLS）技术结合常压固相烧结工艺制备碳化硅陶瓷。首先，通过SLS技术成型素坯，然后对素坯进行冷等静压（CIP）处理，最后进行常压固相烧结。实验中还引入了多次重复聚合物浸渍与热解（PIP）工艺，以进一步提高陶瓷的致密度。

　　2. 结构分析

　　2.1 颗粒级配对成型素坯的影响

　　颗粒级配能够有效改善粉末床的堆积状态，提高成型素坯的致密度。实验中，采用中位径82 μm的球形造粒SiC和市售多角状中位径5 μm的SiC粉末进行级配，质量比为7:3。结果表明，级配粉末成型坯体的体积密度和抗弯强度比未级配中位径82 μm的SiC坯体均提升了20%以上。

　　2.2 颗粒级配对烧结体的影响

　　尽管颗粒级配显著提高了成型素坯的体积密度，但烧结体的致密度仍然较低，必须引入其他致密化方法。实验中，通过CIP、PIP以及CIP结合PIP后常压固相烧结等工艺，系统表征了各工艺对SiC陶瓷孔径分布、力学性能和微观形貌的影响。例如，级配CIP-SSiC烧结体的体积密度为2.54 g/cm³，而未级配D50=82 μm体系CIP-SSiC烧结体的体积密度仅为2.29 g/cm³，且抗弯强度（99.4 MPa）与级配烧结体（136.8 MPa）相差37%左右。

　　从微观结构来看，级配CIP-SSiC烧结体的缺陷比未级配D50=82 μm体系烧结体更少，未级配体系存在更多的孔隙，颗粒之间结合不紧密。此外，级配体系在制备低收缩率SiC陶瓷方面具有显著优势。级配CIP-PIP-2-SSiC烧结体的X、Y轴收缩率均低于6.5%，Z轴收缩率为13.6%，而未级配体系的X、Y轴收缩率均为7.5%，Z轴收缩率为16.5%。

　　3. 结论

　　颗粒级配对固相烧结碳化硅陶瓷的性能具有显著影响。通过合理的颗粒级配，可以优化粉末床的堆积状态，提高成型素坯的体积密度和力学性能，进而制备出高致密、高强度的碳化硅陶瓷。实验结果表明，级配体系在烧结致密化、力学性能提升以及低收缩率制备方面具有显著优势。未来的研究可以进一步探索颗粒级配与其他烧结工艺的结合，以进一步优化碳化硅陶瓷的性能。