碳黑顆粒增韌ZrB2-SiC陶瓷基復(fù)合材料的研究.pdf

1、ZrB2具有高熔點(diǎn)、高硬度、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好，高溫強(qiáng)度高等特點(diǎn)而在航空航天、冶金等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。而 ZrB2陶瓷材料固有的脆性和在高溫差或者高熱流變化環(huán)境中的熱沖擊斷裂失效問題阻礙了它在苛刻環(huán)境中的應(yīng)用。顆粒增韌陶瓷基復(fù)合材料可以很好地解決這些問題。本研究是將碳黑顆粒引入到ZrB2-SiC材料中，采用傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)工藝，制備出了高抗熱沖擊性能的ZrB2-SiC-C復(fù)合材料，并在此基礎(chǔ)上對其微觀組織、力學(xué)性能、抗熱沖擊性能及機(jī)理

2、進(jìn)行了研究，為其能在高溫環(huán)境下應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)，并為ZrB2-SiC-C陶瓷基復(fù)合材料在高溫環(huán)境中的應(yīng)用提供了可靠的理論依據(jù)。
　　本文選擇濕混球磨工藝，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到混合均勻的粉料后，經(jīng)過1900℃，30MPa，保溫60min熱壓燒結(jié)制備出了碳黑顆粒在基體中分散較好且組織較為均勻、致密度高的復(fù)合材料。
　　考察了碳黑含量在5vol.％~30vol.%的ZrB2-SiC-C復(fù)合材料的微觀組織和力學(xué)性能，結(jié)果表明碳黑的加入使得復(fù)

3、合材料的斷裂韌性有所提高。添加碳黑后，復(fù)合材料的斷裂韌性由4.5MPa·m1/2增加到6.57MPa·m1/2，分析認(rèn)為微裂紋增韌和晶粒細(xì)化增韌使得復(fù)合材料的韌性得以提高；對碳黑顆粒和基體界面觀察還發(fā)現(xiàn)，碳黑顆粒的存在可以使得其和基體形成了弱界面結(jié)合，這樣的界面具有較好的力學(xué)相容性，可以有效地釋放界面應(yīng)力，使得斷裂過程中裂紋沿著虛弱的界面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，增大裂紋擴(kuò)展路徑，消耗裂紋自身能量而提高材料的斷裂韌性。
　　通過氧-乙炔裝置考核了

4、快速升溫條件下ZrB2-20SiC-C材料的抗熱沖擊性能，對ZrB2-20SiC-C和ZrB2-20SiC材料進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)ZrB2-20SiC材料出現(xiàn)由邊緣向中心擴(kuò)展的裂紋而導(dǎo)致材料的破壞，而ZrB2-20SiC-10C試樣表面沒有發(fā)現(xiàn)明顯的宏觀裂紋，分析表明碳黑的加入對應(yīng)力的釋放作用使得材料的升溫?zé)釠_擊性能明顯改善。水淬試驗后熱沖擊后殘留強(qiáng)度的測量結(jié)果顯示，復(fù)合材料的臨界抗熱沖擊溫差分別均在450℃以上，相對ZrB2-20SiC復(fù)合