反應燒結(jié)碳化硼復合材料顯微組織和力學性能的研究.pdf

1、基于反應燒結(jié)SiC原理，研究開發(fā)的制備反應燒結(jié)碳化硼(RBBC)復合材料具有制備成本低和燒結(jié)前后無收縮等優(yōu)點。但在制備RBBC復合材料的過程中，碳化硼主相因在Si液中溶解、反應而大量損耗，限制了這一材料的推廣應用。本文針對這一問題，研究了熔滲溫度和碳源包覆對復合材料相組成、顯微組織、體積密度和力學性能的影響，并深入研究了碳化硼晶粒在Si液中的長大機理和B4C-Si反應機理。論文對于碳化硼陶瓷的推廣應用具有重要的理論意義和實際應用價值。<

2、br>　　論文取得的主要結(jié)果為:(1)采用B4C、炭黑、金屬Si為原料，在1450-1650℃×60min真空滲Si處理，可以制備出具有較高致密度的RBBC復合材料，復合材料的相組成為B4C、B12(C，Si，B)3、SiC和Si。隨著熔滲溫度的增加，RBBC復合材料中碳化硼含量降低而SiC含量增加，碳化硼顆粒尺寸增大、大尺寸碳化硼顆粒的數(shù)量也增加;SiC由不連續(xù)的絮狀逐漸演變?yōu)橥暾?、連續(xù)的SiC區(qū)域，且完整、連續(xù)SiC區(qū)域的尺寸和數(shù)量

3、也有所增加;復合材料的力學性能整體呈先增加后降低的趨勢，當熔滲溫度為1600℃時，復合材料的綜合力學性能最佳，復合材料的維氏硬度、抗彎強度和斷裂韌性分別為19 GPa、344MPa和3.8 MPa·m1/2，復合材料開口氣孔率和體積密度分別為0.09％和2.54g/cm3。(2)采用酚醛樹脂為碳源，經(jīng)機械攪拌、超聲分散和炭化，可以制備出C包覆的B4C-C復合粉體。C包覆的B4C可有效降低RBBC復合材料中碳化硼顆粒的溶解損耗及其顆粒尺寸

4、的增大趨勢，且復合材料中生成了大量納米SiC顆粒;所得RBBC復合材料的維氏硬度、抗彎強度和斷裂韌性可分別提高到23 GPa、442MPa和4.9 MPa·m1/2，較以炭黑為碳源時分別提高了15％、35％和36％;碳化硼顆粒尺寸增大趨勢的減弱及納米SiC顆粒的產(chǎn)生是其性能提高的主要原因。(3)隨著熔滲溫度的增加和時間的延長，Si液中的碳化硼晶粒由不規(guī)則形狀演變?yōu)槎嗝骟w，晶粒尺寸也逐漸增加。當熔滲溫度小于1750℃時，不規(guī)則形狀碳化硼晶

5、粒在Si液中發(fā)生正常長大，其晶粒尺寸分布為單峰分布，晶粒長大為擴散控制的連續(xù)長大，晶粒生長激活能為156 kJ·mol-1。當熔滲溫度大于1750℃時，多面體碳化硼晶粒在Si液中發(fā)生異常長大，其晶粒尺寸分布為雙峰分布，晶粒長大為二維形核控制的側(cè)邊長大，晶粒吞并加速了晶粒的異常長大。(4)熱壓碳化硼塊體與Si塊在高于Si熔點反應時，液態(tài)Si滲入碳化硼基體中并與其反應，在碳化硼基體一側(cè)形成反應層。隨著反應溫度的增加，反應層的尺寸增加;且反應

6、層中SiC形貌由不規(guī)則形狀轉(zhuǎn)變?yōu)殚L棒狀;反應溫度為1700-2200℃時，反應層的相組成為SiC、SiB6、B12(C，Si，B)3和Si。隨著反應時間的延長，反應層的尺寸也增加;且反應層中SiC形貌先由不規(guī)則形狀轉(zhuǎn)變?yōu)殚L棒狀，繼而由長棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲?。碳化硼與液態(tài)Si的反應機理為溶解沉淀機理。碳化硼與Si液的反應過程為:Si先奪取碳化硼中C，生成SiC和B12(C，Si，B)3;隨后B12(C，Si，B)3溶解于Si液中，含B、C的過