原料粒徑對(duì)ZrB2-SiC復(fù)相陶瓷致密化和力學(xué)性能的研究.pdf

1、超高溫陶瓷(Ultra-high temperature ceramits)是一類能應(yīng)用于高溫環(huán)境及反應(yīng)氣氛中，并保持物理和化學(xué)穩(wěn)定性的一類材料，已被越來(lái)越多地應(yīng)用于國(guó)防和航天領(lǐng)域。ZrB2-SiC體系由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能和抗氧化性而成為超高溫陶瓷材料中極有應(yīng)用潛力的材料體系。和其他非氧化物陶瓷一樣，ZrB2中強(qiáng)的B-B共價(jià)鍵和硼原子較低的自擴(kuò)散系數(shù)使得ZrB2-SiC陶瓷一般需要熱壓燒結(jié)，并且在較高的溫度下(>1900℃)才能實(shí)現(xiàn)材

2、料的高致密化，常采取加入燒結(jié)助劑來(lái)降低燒結(jié)溫度。前人的研究大多集中在燒結(jié)助劑對(duì)材料的燒結(jié)性能和顯微結(jié)構(gòu)的影響上，但燒結(jié)助劑的添加雖然可以降低材料的燒結(jié)溫度，提高材料的致密化程度，但是會(huì)影響材料的高溫性能如抗氧化、抗燒蝕等性能。對(duì)于結(jié)構(gòu)陶瓷材料的研究已證實(shí)，原料的粒徑的改變也會(huì)明顯影響材料的性能，因此，有必要從原料粒徑的角度去探索材料的性能。
　　 本論文以ZrB2-SiC體系為研究對(duì)象(ZrB2與SiC體積比固定為80:20)，

3、制備了不同原料粒徑配比的ZrB2-SiC復(fù)相陶瓷，通過控制原料粒徑和選取不同的燒結(jié)溫度探索ZrB2-SiC材料的致密化與顯微結(jié)構(gòu)演變對(duì)材料性能的影響。
　　 首先將不同顆粒尺寸的原料匹配，并調(diào)整燒結(jié)工藝，對(duì)ZrB2-20vol％SiC材料的燒結(jié)性進(jìn)行了研究。以熱壓燒結(jié)制備了ZrB2-20vol％SiC復(fù)相陶瓷，通過變化原料粒徑可以得出原料粒徑對(duì)致密化過程的影響規(guī)律，另一方面，通過改變燒結(jié)溫度，可以了解不同粒徑配比的體系完全致密所

4、需要的燒結(jié)溫度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ZrB2-SiC材料的致密度受到ZrB2粉體粒徑、燒結(jié)溫度和SiC粉體粒徑的影響。表現(xiàn)為當(dāng)選用粗顆粒ZrB2粉體(14μm)作為原料時(shí)，隨SiC粉體粒徑的減少(平均粒徑從5μm降到0.45μm和燒)結(jié)溫度的升高(1800℃增加到2000℃)，材料的相對(duì)密度可以從88％提高到100％；當(dāng)ZrB2粉體為細(xì)粉時(shí)(1.4μm)，材料密度基本上不受SiC粉體粒徑和燒結(jié)溫度的影響，相對(duì)密度在98到99％之間變化。因此，

5、選用合適的原始粉體粒徑匹配，即使在1900℃的燒結(jié)條件下，也可以得到完全致密的材料。論文還研究了ZrB2-SiC陶瓷原料的不同粒徑和燒結(jié)溫度變化對(duì)材料顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，以期通過采用合適的原料粒徑的途徑達(dá)到改善材料性能的目的。對(duì)于1900℃和2000℃燒結(jié)的材料的顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能分析結(jié)果表明，使用粗粉ZrB2原料(平均粒徑14μm)的ZrB2-SiC樣品的斷裂韌性隨SiC粒徑的增加而顯著降低，而使用細(xì)粉ZrB2原料的ZrB2-S