碳熱還原法制備LaB-,6-及LaB-,6-和CeO-,2-對(duì)B-,4-C熱壓材料性能影響研究.pdf

1、碳化硼熱壓燒結(jié)材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，應(yīng)用前景非常廣闊，但也存在著不足。因此，碳化硼基復(fù)合陶瓷材料的研究日益得到廣泛關(guān)注，這些材料在保持碳化硼的一些重要性能不變的前提下，嘗試改善其部分性能，使其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步加寬。 本論文在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以氧化鑭、硼酸和石油焦為原料，采用碳熱還原法在直流礦熱爐中制備了純度較高的硼化鑭；并向碳化硼中添加硼化鑭和氧化鈰，熱壓燒結(jié)制備了碳化硼-硼化鑭陶瓷材料、碳化硼-氧化鈰陶瓷材料和碳化

2、硼-硼化鑭-氧化鈰陶瓷材料。本文研究的主要內(nèi)容為制備硼化鑭過程中的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、添加硼化鑭和氧化鈰后對(duì)碳化硼基復(fù)合陶瓷材料性能的影響。 采用XRD和TG-DTA方法對(duì)La2O3與H3BO3在碳的作用下的高溫化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：在82～222℃時(shí)，H3BO3脫水生成B2O3；800～1200℃時(shí)，碳的作用較弱，以La2O3和B2O3生成LaB3O6的反應(yīng)為主；1450℃的高溫下，碳的作用顯著，La2O3、B2O3

3、和C生成B4C和LaBO3，而后B4C和LaBO3進(jìn)一步反應(yīng)生成LaB4、B和LaB6；1500℃時(shí)，主要是LaB4和B反應(yīng)生成LaB6。用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算了LaB6生成的最低反應(yīng)溫度為1394℃，與實(shí)驗(yàn)溫度1450℃相近。 向碳化硼中添加硼化鑭制備碳化硼-硼化鑭陶瓷材料，隨著硼化鑭添加量的增大，其密度逐漸變大，燒結(jié)的實(shí)際密度均能達(dá)到理論密度的95％以上，最高可以達(dá)到理論密度的96.96％；硬度也隨著硼化鑭添加量的增大而增大，當(dāng)添

4、加量為10％時(shí)，硬度達(dá)到最大值31.83GPa，比純碳化硼提高了近19.4％；抗彎強(qiáng)度隨著硼化鑭添加量的增大先增大后減小，當(dāng)添加量為8％時(shí)，抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值313.29MPa，但比純碳化硼下降了9.4％；斷裂韌性隨著硼化鑭添加量的增大先增大后減小，當(dāng)添加量為8％時(shí)，斷裂韌性達(dá)到最大值5.14MPa·m1/2，比純碳化硼提高了39.7％。 向碳化硼中添加氧化鈰制備碳化硼-氧化鈰陶瓷材料，隨著氧化鈰添加量的增大，其密度逐漸變大，燒

5、結(jié)的實(shí)際密度均能達(dá)到理論密度的96％以上，最高可以達(dá)到理論密度的96.9％；硬度隨著氧化鈰添加量的增大先增大后減小，當(dāng)添加量為2％時(shí)，硬度達(dá)到最大值40.64GPa，比純碳化硼提高了52.5％。抗彎強(qiáng)度隨著氧化鈰添加量的增大變化較為復(fù)雜，當(dāng)添加量小于2％時(shí)，抗彎強(qiáng)度先減小后增大；當(dāng)添加量在2％～3％之間時(shí)，抗彎強(qiáng)度減小，大于3％時(shí)，抗彎強(qiáng)度又有所增大；最終，當(dāng)添加量為4％時(shí)，抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值346.7MPa，比純碳化硼材料略有提高；斷

6、裂韌性隨著氧化鈰添加量的增加變化也較為復(fù)雜，當(dāng)添加量小于3％時(shí)，斷裂韌性先增大后減小，大于3％時(shí)，斷裂韌性又有所增大，當(dāng)添加量為4％時(shí)，斷裂韌性達(dá)到最大值5.95MPa·m1/2，比純碳化硼提高了61.7％。 向碳化硼中添加氧化鈰和硼化鑭制備碳化硼-硼化鑭-氧化鈰陶瓷材料，隨著氧化鈰添加量的增大，其密度逐漸變大，燒結(jié)的實(shí)際密度均能達(dá)到理論密度的96％以上，最高可以達(dá)到理論密度的97.08％；硬度隨著氧化鈰添加量的增大先增大后減小