ZrB-,2--SiC復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、二硼化鋯(ZrB<,2>)具有熔點和硬度高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好等諸多優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料、復(fù)合材料、耐火材料、電極材料以及核控制材料等領(lǐng)域中，但其不足是脆性大，彎曲強度相對不高，高溫下易氧化。為此，人們采用多種強韌化手段開發(fā)不同類型的ZrB<,2>基復(fù)合陶瓷。本課題采用熱壓燒結(jié)工藝制備了ZrB<,2>-SiC復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、強韌化機制和氧化機理；同時初步探討了ZrB<,2>-SiC體系的凝膠注模成型

2、工藝。 通過真空熱壓燒結(jié)工藝制備了ZrB<,2>-SiC復(fù)合材料，研究了SiC含量、SiC粒徑、燒結(jié)溫度、保溫時間和燒結(jié)壓力對復(fù)合材料的硬度、彎曲強度、斷裂韌性的影響。結(jié)果表明：在最高燒成溫度為1750℃、SiC含量為20vo1％、SiC粒徑為0.5μm、保溫時間為30min、燒結(jié)壓力為30MPa時，復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最佳(硬度HRA為89，彎曲強度σ為670.91MPa，斷裂韌性K<,IC>為7.8 MPa·m<'1/2>

3、)。 利用XRD、SEM、EDS等測試方法研究了ZrB<,2>-SiC復(fù)合材料燒結(jié)體的相組成和微觀結(jié)構(gòu)。測試結(jié)果表明：復(fù)合材料的主要相組成為ZrB<,2>和SiC，在燒結(jié)過程中沒有新相出現(xiàn)；SiC顆粒在ZrB<,2>基體中的分布比較均勻；單相ZrB<,2>材料和ZrB<,2>-SiC復(fù)合材料的斷口都凹凸不平，兩種材料均為沿晶和穿晶混合的斷裂模式。 殘余應(yīng)力、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋連和晶粒細(xì)化對ZrB<,2>-SiC復(fù)合材料的強

4、韌化起著至關(guān)重要的作用，其中晶粒的細(xì)化不僅有利于復(fù)合材料強度的提高，而且增多了晶粒邊界，同時提高了斷裂韌性。 另外，本課題研究了在不同燒結(jié)溫度下制備的復(fù)合材料的抗氧化性能，并對其氧化熱力學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行分析。研究顯示：ZrB<,2>-SiC復(fù)合材料的抗氧化性能明顯高于單相ZrB<,2>材料的抗氧化性能；復(fù)合材料在氧化初期階段，試樣增重變化符合線性規(guī)律；在氧化中期，近似符合二次曲線規(guī)律；在氧化后期階段，試樣的氧化增重率符合拋物線規(guī)律

5、。 為達(dá)到制備復(fù)雜形狀陶瓷部件，降低加工成本等目的，本課題初步研究了ZrB<,2>-SiC復(fù)合材料的凝膠注模成型工藝。結(jié)果表明：當(dāng)分散劑含量為8.74wt‰，pH為10.2，有機單體含量為3.1wt％，有機單體與交聯(lián)劑比例為24：l，固相含量為40vol％時，ZrB<,2>-SiC料漿的粘度最小(610mPa·s)，凝膠注模成型后的素坯經(jīng)真空排膠得到復(fù)合材料的坯體。但是，該zrB<,2>-SiC體系的凝膠注模成型工藝仍需繼續(xù)深入