ZrB2-MoSi2超高溫陶瓷制備研究.pdf

1、ZrB2是一種良好的高溫陶瓷材料，具有密度小、成本低、熔點(diǎn)高的特點(diǎn)，被認(rèn)為是最具優(yōu)勢的航天材料是航天所需的材料，經(jīng)常用于航天器表面,，使航天器抵御飛行過程中與大氣摩擦所產(chǎn)生的高溫,并且有很高的硬度和斷裂韌度。但是單相的ZrB2較差的抗氧化性和抗燒蝕性，同時(shí)其損傷容限也很低，這導(dǎo)致了ZrB2不能在高溫結(jié)構(gòu)方面得到更大范圍的應(yīng)用。而通過添加復(fù)合材料的方式就可以改善單相ZrB2的抗氧化性和抗燒蝕性等。MoSi2作為繼鎳基合金之后發(fā)現(xiàn)的一種極具

2、競爭力的優(yōu)良高溫材料，具有較高的熔點(diǎn)，優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性優(yōu)良，特別是在高溫下良好的抗氧化性能尤其值得關(guān)注。因此，ZrB2-MoSi2的制備和研究對(duì)于耐高溫、抗氧化、抗熱沖擊的非燒蝕性防熱材料技術(shù)的突破，對(duì)于高超聲速飛行器的發(fā)展及未來世界軍事戰(zhàn)爭模式和世界安全環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
　　本實(shí)驗(yàn)采用不同組分的ZrB2-MoSi2粉末，壓制成型后，之后分別采用放電等離子、無壓及熱壓燒結(jié)，并采用X射線衍射儀分析了陶瓷材料的物相組成，確定了

3、陶瓷內(nèi)部以及表面的晶態(tài)物質(zhì)組成。分析該陶瓷的衍射圖譜，分析材料的成分組分等，并采用SEM掃描電鏡和背散射技術(shù)對(duì)該陶瓷材料的顯微組織形貌進(jìn)行了分析觀察，對(duì)比分析了相同材料在不同組分和不同燒結(jié)環(huán)境下對(duì)陶瓷材料的成分和組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。采用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了力學(xué)性能測試，分析了材料配比對(duì)陶瓷性能的影響。
　　放電等離子燒結(jié)制備中，在1750℃燒結(jié)溫度條件下的最佳保溫時(shí)間為10 min，燒結(jié)壓強(qiáng)為50 MPa。在此條件下，運(yùn)用放電等離子燒

4、結(jié)制備的ZrB2-MoSi2陶瓷，其表觀致密度與MoSi2的配比量呈正比，當(dāng)MoSi＞15vol.％時(shí)ZrB2-MoSi2陶瓷表觀致密度＞99%，但是當(dāng)MoSi＞35vol.%后，ZrB2-MoSi2陶瓷的表觀致密度增長緩慢。主相晶粒約5-9μm，同初始粉體體積相當(dāng)。MoSi2的配比量增加的情況下其抗彎強(qiáng)度和硬度均呈現(xiàn)出先升后降，在MoSi2=30vol.%條件下陶瓷的抗彎強(qiáng)度值最大為441.29 MPa；在MoSi2=25vol.%條

5、件下陶瓷的硬度值最大為17.62 GPa；MoSi2的配比量增加的情況下斷裂韌度隨先降后升，在MoSi2=15vol.%條件下陶瓷的斷裂韌度值最大為5.76 MPam1/2。溫度低、時(shí)間短、消耗比較少，使得放電等離子燒結(jié)制備度適合于制造小型零件的ZrB2-MoSi2陶瓷。
　　無壓燒結(jié)需要的溫度較高，耗費(fèi)的時(shí)間也比較長，在1760℃燒結(jié)溫度條件下最佳保溫時(shí)間為30 min，得到的ZrB2-MoSi2陶瓷的ZrB2晶粒以及MoSi2

6、晶粒體積均增大， ZrB2晶粒體積為8-12μm，而采用無壓燒結(jié)的ZrB2-MoSi2陶瓷各項(xiàng)力學(xué)性能最低。其表觀致密、抗彎強(qiáng)度以及硬度與MoSi2的配比量呈正比，而MoSi2=40vol.%時(shí)ZrB2-MoSi2陶瓷的表觀致密、抗彎強(qiáng)度以及硬度最佳，分別為98.23%、280.81 MPa、13.25 GPa。運(yùn)用無壓燒結(jié)法適合于大型以及復(fù)制的ZrB2-MoSi2陶瓷。
　　熱壓燒結(jié)制備比放電等離子燒結(jié)制備方法得到的ZrB2-M