ZrB2-SiC復(fù)合材料的離心凝膠工藝研究與性能表征.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，超高聲速飛行器對材料的高溫性能提出了越來越苛刻的要求。超高溫陶瓷具有高熔點，優(yōu)良的耐燒蝕性能，抗氧化以及優(yōu)異的力學性能等特點。ZrB2基陶瓷是一種研究較為成熟且具有廣泛應(yīng)用前景的超高溫陶瓷材料。由于ZrB2是一種典型的強共價鍵結(jié)合的結(jié)構(gòu)，在燒結(jié)過程中具有較低的擴散系數(shù)，所以其一般需要在很高的溫度或很高的壓力下才能燒結(jié)致密化。燒結(jié)前獲得結(jié)構(gòu)均勻致密的陶瓷生坯能夠有效地降低超高溫陶瓷的燒結(jié)溫度并促進致密化。相對于

2、傳統(tǒng)的干法成型工藝，凝膠注模成型能夠有效地提高陶瓷生坯的均勻性，但所獲得的生坯致密度不高，且獲得的坯體濕度較大，干燥過程中收縮較大，容易形成裂紋。離心成型工藝可以使懸浮于漿料中的陶瓷顆粒在離心力的作用下緊密堆積，從而獲得致密度較高的陶瓷生坯，且離心出多余的水分，干燥過程中坯體不易發(fā)生開裂。本研究利用離心凝膠工藝制備ZrB2-SiC陶瓷材料的生坯，獲得微觀結(jié)構(gòu)均勻且致密度較高的坯體，從而改善陶瓷材料的燒結(jié)性能。
　　本文研究了微米Z

3、rB2和SiC復(fù)相粉體的離心凝膠工藝，從單體含量、固含量、離心時間和離心轉(zhuǎn)速等方面研究了離心凝膠工藝對生坯性能和燒結(jié)后陶瓷性能的影響。單體含量為4wt.％時能夠較完全包覆在顆粒表面；固含量為50%時，漿料具有最佳的充模性能，能夠獲得沒有裂紋的生坯；生坯的致密度隨離心轉(zhuǎn)速的增加而上升，在9000r/min的轉(zhuǎn)速時，離心35min，能夠獲得微觀結(jié)構(gòu)較為均勻生坯，且生坯的致密度為55%。研究了不同燒結(jié)工藝對ZrB2-SiC燒結(jié)性能的影響，利用

4、最佳的離心凝膠工藝所制備的ZrB2-SiC陶瓷生坯經(jīng)干燥排膠后，在2000℃燒結(jié)1h后獲得了最佳的力學性能，彎曲強度達到410MPa。在ZrB2微米粉中引入一定量的ZrB2nano顆粒，能夠進一步提升提升粉體的堆垛性能，從而進一步提高離心凝膠成型后生坯的致密度。研究了離心速率，固含量和ZrB2nano體積分數(shù)等參數(shù)對成型后陶瓷坯體微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。離心速率是影響納米顆粒在微米顆粒中分散程度的重要因素，轉(zhuǎn)速為9000r/min時，納米

5、顆粒能夠均勻地分散在微米顆粒之間，形成良好的堆垛結(jié)構(gòu)。在保證漿料具有良好的充模性能的前提下，研究了ZrB2nano體積分數(shù)（10～30vol.%）對成型后生坯微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響，加入20vol.%的ZrB2nano能夠獲得微觀結(jié)構(gòu)均勻的生坯，且加入ZrB2nano后，生坯的致密度由55%提升到60%。研究了不同燒結(jié)工藝對ZrB2-SiC燒結(jié)性能的影響，引入體積分數(shù)為20vol.%的ZrB2nano后，ZrB2-SiC坯體在2000℃燒