反應熱壓法制備B-,4-C基輕質復合材料的研究.pdf

1、在目前國內外研究加入第二相彌散增韌B4C基復合材料的基礎上,本文通過向B<,4>C基體中添加不同含量的Si<,3>N<,4>及微量相TiC和α-SiC,利用反應熱壓法在較低的燒結溫度(1820-1920℃)下制備了一種新型B<,4>C基輕質復合材料.具體研究內容如下:借助XRD、SEM、EDAX等測試手段分析了物相變化,結果表明:燒結前后物相發(fā)生變化,最終物相為B<,4>C、α-SiC、BN以及TiB<,2>,B<,4>C和α-SiC是

2、主晶相.由于B<,4>C和BN自身的晶化程度較低,導致主晶相B<,4>C的衍射峰始終很低,而BN的衍射峰也并不很明顯.其中TiC是不穩(wěn)定相,最終轉化為TiB<,2>.反應熱壓中的主要反應方程式:Si<,3>N<,4>+3B<,4>C=3SiC+4BN+8B在熱力學上是可行的,實質反應過程以Si<,3>N<,4>的分解及B<,4>C的原子擴散為前提;Si<,3>N<,4>的相變、分解及其它化學反應都高于1450℃;真空狀態(tài)(真空度為6×1

3、0<'-2>Pa)下,Si<,3>N<,4>的起始分解溫度為1560℃左右.復合材料大部分致密度都高于92%,反應過程中Si<,3>N<,4>分解出的N<,2>導致氣孔不可能完全消除;反應熱,晶粒細化以及添加劑導致液相燒結促進了燒結致密化:各反應熱量的集聚加速液相的生成,促進傳質過程從而達到致密化;粉體粒徑小且分布集中,縮短了原子擴散距離和提高了顆粒在液相中的溶解度從而加速燒結;真空燒結可改善熔融液相YAG對固相的潤濕,YAG的實際熔點

4、低于1760℃,液相的生成能提供快速擴散的通道,降低材料的粘度,加速傳質的同時促進晶粒粗化以達到致密化.反應熱壓法制備的B<,4>C基復合材料比單相B<,4>C強度和韌性分別提高了34%和87%.其中兩步法燒結的試樣BS3-3在本體系中綜合性能最好,致密度為95.6%,強度和韌性分別為520 MPa和5.6 MPa·m<'1/2>.采用兩步法燒結,目的是促進反應的充分進行,較多的彌散相可阻礙晶粒的長大,同時促進液相的塑性流動,完成材料的

5、最終致密化,保證其較高的力學性能.利用SEM以及TEM手段觀察材料的微觀結構:利用衍射斑點分析確定出主晶相為B<,4>C;長棒狀彌散相α-SiC成一定的架狀結構,在材料中起起到連接、填隙及強化晶界作用,其韌化機理類似于纖維或晶須;束狀相BN的存在弱化了晶界,降低了材料的強度;層片狀結構的定向排列主要決定于燒結工藝以及本身的晶體結構.B<,4>C基復合材料的斷裂方式是沿晶斷裂與穿晶斷裂的結合,以沿晶斷裂為主.單相B<,4>C裂紋擴展平直,