c-BN-SiAlON及B4C陶瓷復(fù)合材料的制備及其組織與性能的研究.pdf

1、本文針對c-BN和B4C難燒結(jié)致密化，通過SiAlON生成過程產(chǎn)生的液相來降低c-BN的燒結(jié)溫度，在較低的溫度下實現(xiàn)c-BN的致密化，對于B4C材料，通過添加Si在高溫產(chǎn)生液相來實現(xiàn)B4C的致密化，采用放電等離子燒結(jié)法制備c-BN/SiAlON和含Si的B4C基復(fù)合材料。系統(tǒng)研究了成份和燒結(jié)工藝對復(fù)合材料力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響，探討了復(fù)合材料的強化及磨損機理。
　　研究結(jié)果表明，采用粒徑為0.5~1μm的c-BN，c-BN/

2、Y-α-SiAlON和c-BN/Yb-α-SiAlON復(fù)合材料的在1550℃/50MPa/5minSPS燒結(jié)過程中，75wt％以上的c-BN發(fā)生c-BN→h-BN轉(zhuǎn)變，c-BN加入抑制α-SiAlON的形成，且隨著c-BN含量的增加，抑制作用增大。當(dāng)采用粒徑為2~4μm的c-BN時，c-BN在液相燒結(jié)過程中未發(fā)生相變，c-BN粒徑為2~4μm的20wt%c-BN/Yb-α-SiAlON復(fù)合材料的硬度達(dá)到了21.586GPa。
　　

3、采用粒徑為2~4μm的c-BN時，c-BN/β-SiAlON復(fù)合材料的力學(xué)性能隨著c-BN含量的增加先增加后減小。10wt%c-BN/β-SiAlON維氏硬度和抗彎強度達(dá)到最大值，達(dá)到了15.4GPa和432MPa。隨著c-BN含量的繼續(xù)增加，復(fù)合材料力學(xué)性能下降，主要是由于c-BN增加降低了材料的致密度。SEM分析表明：復(fù)合材料的力學(xué)性能提高的主要原因是：c-BN的加入阻礙裂紋擴展導(dǎo)致裂紋偏轉(zhuǎn)。
　　在載荷為20N的干摩擦下，2

4、0wt%c-BN/Yb1510E2復(fù)合材料，與Yb1510E2相比，摩擦系數(shù)和磨損率都升高，主要是由于Yb1510E2陶瓷為摩擦化學(xué)反應(yīng)和粘著磨損；而20wt%c-BN/Yb1510E2主要為表面疲勞磨損和磨粒磨損。對于磨損方式主要為表面疲勞磨損和磨粒磨損的c-BN/β-SiAlON復(fù)合材料摩擦系數(shù)隨著c-BN含量的增加而減小，而磨損率隨著c-BN含量的增加而增大，這主要是由于c-BN與基體結(jié)合弱，在摩擦磨損的進(jìn)行，c-BN含量高的試樣

5、磨損量大，與摩擦副的接觸面積也大，摩擦系數(shù)隨之會降低。
　　添加Si粉可以顯著提高B4C的致密度和力學(xué)性能，當(dāng)Si含量為8wt%時，在1800℃/50MPa/5minSPS燒結(jié)后，相對密度可以達(dá)到99.78%，維氏硬度和抗彎強度達(dá)到最高，分別為41.83GPa，654MPa。隨著Si含量的增加，硬度有所下降，主要是由于生成的SiC硬度低于B4C硬度。添加Si后復(fù)合材料力學(xué)性能提高的主要原因是：①致密度的提高；②晶粒細(xì)化；SiC③的

6、韌化作用。XRD分析表明，含Si試樣的B4C晶格常數(shù)增大，這是由于Si取代B4C結(jié)構(gòu)中C-B-C原子鏈的C原子并且Si可能會進(jìn)入B4C晶體結(jié)構(gòu)的空隙位置，而且置換出來的C會與Si繼續(xù)反應(yīng)生成SiC相。
　　在載荷為20N的干摩擦下，Si含量為4wt%、6wt%、10wt%的B4C復(fù)合材料的摩擦系數(shù)在整個試驗過程中一直以較大的幅度波動，其波動范圍為0.3~0.6，這主要是由于隨著摩擦磨損的進(jìn)行，潤滑膜和氧化膜相互交替；Si含量為8w