溶膠凝膠、微波硼熱-碳熱還原合成ZrB2-SiC超細(xì)復(fù)合粉體的研究.pdf

1、ZrB2-SiC是最具有發(fā)展前景的超高溫陶瓷材料。本論文通過(guò)溶膠凝膠、微波硼熱/碳熱還原工藝制備ZrB2-SiC超細(xì)復(fù)合粉體，研究了反應(yīng)溫度、原料配比、添加劑的種類(lèi)與用量以及加熱方式等工藝條件對(duì)ZrB2-SiC超細(xì)復(fù)合粉體合成過(guò)程的影響。并采用溶膠凝膠、碳熱還原工藝制備了ZrB2、ZrC及ZrB2空心球等粉體，研究了ZrB2、SiC及ZrB2-SiC復(fù)合粉體的氧化動(dòng)力學(xué)，用XRD、FE-SEM、TEM、HR-TEM和TG-DSC等方法對(duì)

2、所合成的粉體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及性能的表征，研究表明：
　　(1)當(dāng)n(B)/n(Zr)=2.5，n(C)/n(Zr)=5.0時(shí)，采用溶膠凝膠、常規(guī)硼熱/碳熱還原工藝合成純相ZrB2粉體的最佳反應(yīng)溫度為1773 K，合成粉體的顆粒度約為1-2μm，晶粒度約為55 nm。采用溶膠凝膠、微波硼熱/碳熱還原工藝合成ZrB2粉體的反應(yīng)溫度為1573 K，該溫度比常規(guī)加熱工藝的反應(yīng)溫度低200 K；微波加熱合成的ZrB2粉體粒徑細(xì)小，其晶粒度約為4

3、4 nm，也明顯小于常規(guī)加熱合成的ZrB2粉體。
　　(2)當(dāng)n(B)/n(Zr)=2.5，n(C)/n(Zr+Si)=8.0時(shí)，采用溶膠凝膠、常規(guī)硼熱/碳熱還原工藝1773 K/2 h后可以合成純相的ZrB2-SiC超細(xì)復(fù)合粉體。所合成的ZrB2為六方柱狀或橢球狀，SiC為短絮狀，并均勻分布在ZrB2周?chē)x樂(lè)公式的計(jì)算結(jié)果表明ZrB2和SiC的晶粒度分別為88 nm和37 nm。而采用微波硼熱/碳熱還原工藝可在1573 K/3

4、 h的條件下合成純相的ZrB2-SiC超細(xì)復(fù)合粉體，復(fù)合粉體中ZrB2和SiC的晶粒尺寸分別為58 nm和27 nm；Fe2O3能有效促進(jìn)ZrB2-SiC復(fù)合粉體的低溫合成。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了反應(yīng)溫度、硼含量、碳含量、添加劑的種類(lèi)及用量與復(fù)合粉體中ZrB2和SiC的相對(duì)含量間的非線性關(guān)系模型，結(jié)果表明所建立的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)效果良好。
　　(3) ZrB2和SiC的氧化反應(yīng)活化能分別為248.96 kJ·mol-1和216.47 kJ

5、·mol-1；ZrB2-SiC復(fù)合粉體中，ZrB2的氧化反應(yīng)活化能為307.9 kJ·mol-1，SiC的氧化反應(yīng)活化能為217.56 kJ·mol-1，研究結(jié)果表明SiC的引入有效的提高了ZrB2的抗氧化性能。
　　(4)以碳微球?yàn)槟０?，采用硼?碳熱還原工藝可以合成ZrB2超細(xì)空心球粉體；模板法的合成效果要優(yōu)于一步反應(yīng)法。反應(yīng)溫度顯著影響了ZrB2超細(xì)空心球粉體的合成，其最佳反應(yīng)條件為：1773 K/2h，n(C)/n(ZrO