ZrC-SiC添加LaB6復(fù)相陶瓷的微觀組織與性能研究.pdf

1、ZrC作為一種典型的超高溫陶瓷材料,因其具有超高熔點(diǎn)、高硬度、高溫強(qiáng)度等優(yōu)異性能,在航空航天、軍事、能源等領(lǐng)域受到科研工作者的關(guān)注。研究了添加不同含量的SiC晶須(SiCw)、SiC納米顆粒(SiCn)、LaB6粉末對(duì)ZrC-SiC添加LaB6復(fù)相陶瓷(簡(jiǎn)寫為ZrC-SiC-LaB6復(fù)相陶瓷)的微觀組織、相對(duì)密度、力學(xué)性能和燒蝕性能的影響規(guī)律。
　　本文通過對(duì)SiC晶須、SiC納米顆粒、LaB6粉末的含量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),采用熱壓燒結(jié)

2、工藝分別制備了ZrC-20SiCw-0SiCn-10LaB6復(fù)相陶瓷,ZrC-15SiCw-10SiCn-10LaB6復(fù)合材料,ZrC-10SiCw-15SiCn-10LaB6復(fù)相陶瓷,ZrC-15SiCw-15SiCn-10LaB6復(fù)相陶瓷,并對(duì)ZrC-SiC-LaB6復(fù)相陶瓷的物相組成、相對(duì)密度、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、燒蝕性能進(jìn)行了測(cè)試,并深入探討了SiC晶須、SiC納米顆粒、LaB6粉末的含量對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)、相對(duì)密度、力學(xué)性能以及

3、燒蝕等性能的影響,分析了ZrC-SiC-LaB6復(fù)相陶瓷的強(qiáng)韌化機(jī)制及燒蝕機(jī)理。
　　四組不同配比的ZrC-SiC-LaB6復(fù)相陶瓷的相對(duì)密度均在98％以上,特別是ZrC-15SiCw-15SiCn-10LaB6復(fù)相陶瓷是四組試樣中最高的,其相對(duì)密度達(dá)到最大值99.77%。對(duì)制備的四組ZrC-SiC-LaB6復(fù)相陶瓷進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,其中抗彎強(qiáng)度最大值為556.92MPa,斷裂韌性最大值為4.79MPa·m1/2。ZrC-SiC-

4、LaB6復(fù)相陶瓷的斷裂模式為穿晶/沿晶混合斷裂;其強(qiáng)韌化機(jī)制主要有:裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須傳遞載荷、晶須斷裂及拔出、細(xì)晶強(qiáng)化、彈性模量與熱膨脹系數(shù)失配、殘余應(yīng)力等。
　　采用氧-乙炔燒蝕實(shí)驗(yàn)對(duì)四組不同配比的ZrC-SiC-LaB6復(fù)相陶瓷的燒蝕性能做出評(píng)價(jià),分析其燒蝕機(jī)理。結(jié)果表明,經(jīng)過180s氧-乙炔焰燒蝕后,四組燒蝕試樣的質(zhì)量燒蝕率與線燒蝕均較低,其中ZrC-15SiCw-10SiCn-10LaB6復(fù)合材料的質(zhì)量燒蝕率和線燒蝕分別僅為

5、0.74×10-4g/s和15.00×10-4mm/s,表面氧化層中B2O3、SiO2、La2Zr2O7玻璃相在依次升高的溫度下生成并覆蓋在燒蝕試樣表面,玻璃相具有一定的粘度和流動(dòng)性與ZrO2結(jié)合緊密,形成致密的保護(hù)層,而且SiC晶須貫穿ZrO2晶粒,防止氧化層被高溫高速氣流剝蝕,抑制氧氣向內(nèi)部擴(kuò)散;過渡層中碳氧化物夾層處于表面氧化層與基體層之間,進(jìn)一步抑制氧氣向內(nèi)部擴(kuò)散,經(jīng)過表面氧化層和過渡層的保護(hù),有效提高了ZrC-SiC-LaB6