ZrB-,2--SiC復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，導電、導熱性好等諸多優(yōu)點而廣泛應用于高溫結構陶瓷材料、復合材料、耐火材料、電極材料以及核控制材料等領域中，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>基復合陶瓷。本課題采用熱壓燒結工藝制備了ZrB<,2>-SiC復合材料，研究了復合材料的力學性能、微觀結構、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。 通過真空熱壓燒結工藝制備了ZrB<,2>-SiC復合材料，研究了SiC含量、SiC粒徑、燒結溫度、保溫時間和燒結壓力對復合材料的硬度、彎曲強度、斷裂韌性的影響。結果表明：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、燒結壓力為30MPa時，復合材料的綜合力學性能最佳(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復合材料燒結體的相組成和微觀結構。測試結果表明：復合材料的主要相組成為ZrB<,2>和SiC，在燒結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。 殘余應力、裂紋偏轉、裂紋橋連和晶粒細化對ZrB<,2>-SiC復合材料的強

4、韌化起著至關重要的作用，其中晶粒的細化不僅有利于復合材料強度的提高，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溫度下制備的復合材料的抗氧化性能，并對其氧化熱力學和動力學進行分析。研究顯示：ZrB<,2>-SiC復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、。 為達到制備復雜形狀陶瓷部件，降低加工成本等目的，本課題初步研究了ZrB<,2>-SiC復合材料的凝膠注模成型工藝。結果表明：當分散劑含量為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