ZrB2-SiC陶瓷材料離心-注凝工藝研究與性能表征.pdf

1、ZrB2-SiC超高溫陶瓷材料具有高熔點、高硬度、抗氧化燒蝕以及優(yōu)異的室溫和高溫力學性能，能夠勝任高超聲速飛行器極端的熱化學環(huán)境，是高超聲速飛行器鼻錐、翼前緣等高溫結構件的候選材料之一。傳統(tǒng)ZrB2基陶瓷材料一般采用干粉直接進行熱壓燒結，所制備陶瓷材料的形狀和尺寸受限于模具規(guī)格，復雜陶瓷結構件實現(xiàn)需進行高昂的機加工后處理。而濕法成型能實現(xiàn)復雜陶瓷結構件的近凈成型，避免了后續(xù)繁瑣且昂貴的加工工藝，大大縮短了陶瓷結構件的制備周期。但是，普通

2、濕法成型工藝中較多的膠體含量導致陶瓷生坯致密度較低且干燥排膠過程易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；而離心-注凝工藝可以將陶瓷漿料中殘留的孔洞和多余的膠體甩出，改善陶瓷生坯顆粒的堆垛方式，成功實現(xiàn)了高致密度且低膠體含量ZrB2-SiC陶瓷生坯的制備，促進了陶瓷材料后期的無壓燒結致密化。因此開展ZrB2-SiC陶瓷材料的離心-注凝工藝研究具有重要的意義。
　　本論文首先研究了pH值、分散劑以及固含量等參數(shù)對ZrB2-SiC陶瓷漿料分散性和流變性的影響。

3、研究結果表明：當體系pH值和PAA分散劑含量分別調節(jié)到11和0.6wt.％時，ZrB2-SiC陶瓷漿料的Zeta電位絕對值達到最大且ZrB2和SiC顆粒的中值粒徑Dv50達到最小值；同時ZrB2-SiC陶瓷漿料在該參數(shù)下具有最低的沉降高度。ZrB2-SiC陶瓷漿料在不同固含量下均表現(xiàn)出“剪切變薄”效應，當固含量為48vol.%，陶瓷漿料的黏度在60S-1轉速下達到最低值為1.50Pa·s，且滿足后期離心-注凝工藝的黏度要求。
　　

4、考察了離心參數(shù)和膠體含量對離心-注凝工藝制備ZrB2-SiC陶瓷生坯微結構的影響。研究表明：加入3.5wt.%AM、MBAM/AM比例為1:10以及4wt.%APS時，在9000r/min離心轉速下離心10min，離心-注凝工藝制備的ZrB2-SiC陶瓷材料致密度達到最高值（60.5%），顆粒堆垛均勻密實、無明顯的空洞且生坯各部位的致密度梯度最小，保證了陶瓷生坯后期機械加工的強度要求。
　　詳細分析了離心-注凝工藝制備的ZrB2-

5、SiC陶瓷生坯的干燥和排膠過程。分析結果表明：ZrB2-SiC陶瓷生坯干燥過程需要經歷兩個不同的階段，干燥收縮前期依靠生坯表面水分的蒸發(fā)以較快的干燥速率進行；干燥收縮后期依靠毛細管作用以慢勻速干燥速率進行。陶瓷生坯于800℃下充分排膠后有利于后期的燒結致密化過程。
　　研究了單體含量和引發(fā)劑添加量對ZrB2-SiC陶瓷材料無壓燒結致密化的影響。研究表明：在1900℃/2h無壓燒結條件下，單體含量為3.5wt.%的ZrB2-SiC陶