ZrC-SiCw-SiCnm復(fù)合材料力學(xué)及氧化燒蝕性能研究.pdf

1、超高溫ZrC陶瓷材料具有典型難熔碳化物陶瓷優(yōu)異的性能,在航空、航天、能源等諸多方面受到廣大研究人員的關(guān)注。本文針對(duì)單相ZrC陶瓷具有低的燒結(jié)性能,強(qiáng)韌性不高,抗氧化耐燒蝕性能差等缺點(diǎn),加入SiC晶須(SiCw)及SiC納米顆粒(SiCnm),采用熱壓燒結(jié)技術(shù)制備ZrC基復(fù)合材料(ZrC-SiCw-SiCnm)來(lái)提高ZrC陶瓷性能。
　　本文利用SiCw和SiCnm兩者不同的形態(tài)在ZrC基體中形成近似連續(xù)級(jí)配,對(duì)整個(gè)材料體系進(jìn)行優(yōu)化

2、設(shè)計(jì),在1900℃,氬氣保護(hù)下采用熱壓燒結(jié)制備出SiCw體積含量為5％～15%與SiCnm體積含量為5%～15%七組混雜增強(qiáng)增韌ZrC基超高溫復(fù)合材料,同時(shí)對(duì)所制備的材料進(jìn)行組織分析與性能測(cè)試,研究該材料體系的工藝-組織-性能之間的關(guān)系。重點(diǎn)探討晶須納米顆?；祀s的強(qiáng)韌化機(jī)制與氧化抑制機(jī)制。
　　將SiCw加入ZrC,主要是通過(guò)裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須橋接與晶須拔出等增韌機(jī)制對(duì)復(fù)合材料起到強(qiáng)韌化效果,加入SiCnm,在燒結(jié)過(guò)程中提高復(fù)合材料制

3、備時(shí)的致密度,通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化,增加裂紋的擴(kuò)展,顆粒對(duì)裂紋的釘扎以及復(fù)合材料內(nèi)各組分間熱膨脹、彈性模量失配途徑來(lái)提高材料的強(qiáng)韌性。在實(shí)際增韌增強(qiáng)過(guò)程中往往是由幾種機(jī)理同時(shí)起作用,發(fā)揮各自增韌增強(qiáng)機(jī)理的優(yōu)點(diǎn),通過(guò)加和效應(yīng)或相補(bǔ)效應(yīng),使幾種機(jī)理達(dá)到最理想的效果。其75ZrC+10SiCw+15SiCnm,抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大為481.12MPa,75ZrC+15SiCw+10SiCnm,斷裂韌性達(dá)到最大為4.9MPam1/2。
　　對(duì)三組Si

4、Cw與SiCnm混雜增強(qiáng)增韌ZrC基復(fù)合材料進(jìn)行水淬-殘余強(qiáng)度法熱震實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明:三組復(fù)合材料在熱震溫差ΔT=300℃左右時(shí),抗彎強(qiáng)度發(fā)生驟降,并用臨界熱震溫差評(píng)價(jià)材料的抗熱震性能,其中80ZrC+15SiCw+5SiCnm臨界熱震溫差為343℃,表明加入SiC有利于復(fù)合材料抗熱震性能的提高,并且SiCw對(duì)材料抗熱震性能的提高更為顯著。
　　用氧-乙炔焰燒蝕ZrC-SiCw-SiCnm,采用質(zhì)量燒蝕率和線燒蝕率評(píng)價(jià)復(fù)合材料的抗氧

5、化能力與耐燒蝕性能,并分析該材料體系的氧化燒蝕機(jī)理。其中80ZrC+5SiCw+15SiCnm與75ZrC+15SiCw+10SiCnm兩組復(fù)合材料線燒蝕率分別只有3.63×10-4mm/s和3.85×10-4mm/s,表現(xiàn)出了零燒蝕,ZrC-SiCw-SiCnm在氧-乙炔焰燒蝕條件下,表面生成一層ZrO2/SiO2玻璃相氧化層,并且截面上形成了SiC耗散層、過(guò)渡氧化物ZrCxO1-x、熔融的SiC、SiO2及ZrO2填充燒蝕孔洞以及以