放電等離子燒結(jié)(BNNT-BNNP)增強(qiáng)ZrB2基超高溫陶瓷復(fù)合材料力學(xué)性能研究.pdf

1、ZrB2-SiC基超高溫陶瓷材料具有高熔點(diǎn)、高硬度、高導(dǎo)電率、高熱導(dǎo)率、優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域以及工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，ZrB2-SiC較差的損傷容限以及低的抗熱沖擊性能（均源于其低的斷裂韌性）嚴(yán)重地限制了其廣泛應(yīng)用。因此，如何實(shí)現(xiàn)ZrB2-SiC的強(qiáng)韌化成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題之一。
　　本文采用強(qiáng)韌耦合的設(shè)計(jì)思路來改善ZrB2-SiC的斷裂韌性。以ZrB2-SiC為基體材料，以

2、氮化硼納米管（BNNT）和納米氮化硼納米片（BNNP）的混合粉末（BNNT-BNNP）為增韌相，采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備了ZrB2-SiC、0.5wt.%(BNNT-BNNP)/(ZrB2-SiC)和1.0wt.%(BNNT-BNNP)/(ZrB2-SiC)復(fù)合材料。采用X-射線衍射和拉曼光譜對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行物相分析；通過顯微硬度測(cè)試、儀器化微/納米壓入、儀器化微米劃入等測(cè)試方法，研究分析(BNNT-BNNP)/(ZrB2-SiC)復(fù)合

3、材料的顯微硬度、彈性模量、斷裂韌性、應(yīng)變強(qiáng)化和摩擦磨損性能等力學(xué)性能，并揭示了(BNNT-BNNP)/(ZrB2-SiC)復(fù)合材料的增韌機(jī)制和摩擦磨損機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明，BNNTs和BNNPs在硬度、彈性模量、強(qiáng)度等力學(xué)性能具有巨大的差異性，在基本不損害復(fù)合材料可加工性能的前提下,（BNNT-BNNP)/(ZrB2-SiC)復(fù)合材料的斷裂韌性得到了較大地改善；與(ZrB2-SiC)相比，1.0wt.%(BNNT-BNNP)/

4、(ZrB2-SiC)的斷裂韌性提高了24.4%，這主要源于BNNT和BNNP的拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)、BNNP橋接、裂紋分叉和BNNP折彎等增韌機(jī)制。納米壓入曲線pop-in處的載荷和滯后位移因(BNNT-BNNP)的添加有增大的趨勢(shì)；采用微米劃入/壓入測(cè)試方法驗(yàn)證了(BNNT-BNNP)/(ZrB2-SiC)的應(yīng)變強(qiáng)化，通過Field模型計(jì)算應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)為~0.50-0.52；采用Tabor模型擬合壓入曲線計(jì)算的彈性模量與采用儀器化微米壓入獲