原位生成碳化硅增韌二硼化鋯基陶瓷材料的制備及性能研究.pdf

1、二硼化鋯(ZrB2)具有高熔點(＞3000℃)、高強度、良好的導熱導電性和抗腐蝕性等優(yōu)點,是目前可以用于航空航天領域的最有前景的超高溫結構材料之一,例如可以用作再入飛行器和超高音速飛行器的機身、鼻錐等承受高溫的部件使用。然而ZrB2的應用發(fā)展受到了斷裂韌性差、難燒結和抗氧化性能差等三大因素的限制。
　　 本文采用溶膠-凝膠法,借助SiO2-C之間的原位反應,以及熱壓燒結和放電等離子燒結(SPS)技術制備ZrB2-SiC陶瓷復合材

2、料。采用XRD、SEM手段對樣品的物相組成、微觀結構進行表征;測試樣品的密度、相對密度、斷裂韌性、彎曲強度和硬度;通過對zrB2-SiCw陶瓷復合材料進行高溫靜態(tài)氧化實驗,測試樣品氧化前后重量變化,研究其抗氧化性能和抗氧化機制。取得了一下成果:
　　 (1)以二硼化鋯、正硅酸乙酯、蔗糖為原料,采用溶膠.凝膠法制備ZrB2-SiC前軀體,后利用熱壓反應燒結方法,在1800℃,30MPa壓力,流動的Ar氣氛條件下,成功制備出高致密的

3、ZrB2-SiCp陶瓷復合材料,其最大相對密度達到99％。ZrB2-SiCp復合材料的抗彎強度和斷裂韌性都隨著SiCp含量的增加先增加后降低。當SiCp含量為20%時,ZrB2-SiCp復合材料斷裂韌性最大達到5.1 Mpa.m1/2。ZrB2-SiCp復合材料的最大彎曲強度為272 Mpa。當SiCp含量為30%時,由于出現(xiàn)較多氣孔而使材料不致密,從而導致其力學性能下降。
　　 (2)以二硼化鋯、正硅酸乙酯、活性炭為原料,采用

4、溶膠-凝膠法制備前軀體,借助SiO2-C(硅碳摩爾比為1:3)之間的原位反應,在1500℃氬氣氣氛保護下保溫2.5小時,成功合成出ZrB2-SiCw復合粉體。由此得到SiCw為納米級別,較均勻地分布在ZrB2顆粒周圍,并且與基體結合較好。
　　 (3)以原位合成的ZrB2-SiCw復合粉體為原料,借助SPS燒結技術,在1700℃,40MPa壓力,保溫5min,真空條件下,成功制備出致密度高達98%的ZrB2-SiCw陶瓷復合材料

5、。通過原位反應合成出的SiC晶須能夠顯著地提高ZrB2的各項性能,ZrB2-SiCw陶瓷復合材料的斷裂韌性和彎曲強度都隨著SiC晶須含量的增加而增加。當SiC晶須的含量為20 vol.%時,ZrB2-SiCw陶瓷復合材料的密度最高達到98%,維氏硬度高達到17.67±1.01GPa,斷裂韌性達到6 Mpa·m1/2。ZrB2-SiCw陶瓷復合材料的彎曲強度從含10 vol.%SiCw時的160MPa增加到含30 vol.%SiCw時的3