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(diǎn)、高硬度、抗氧化燒蝕以及優(yōu)異的室溫和高溫力學(xué)性能，能夠勝任高超聲速飛行器極端的熱化學(xué)環(huán)境，是高超聲速飛行器鼻錐、翼前緣等高溫結(jié)構(gòu)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(jìn)行熱壓燒結(jié)，所制備陶瓷材料的形狀和尺寸受限于模具規(guī)格，復(fù)雜陶瓷結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)需進(jìn)行高昂的機(jī)加工后處理。而濕法成型能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜陶瓷結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致陶瓷生坯致密度較低且干燥排膠過(guò)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(shí)現(xiàn)了高致密度且低膠體含量ZrB2-SiC陶瓷生坯的制備，促進(jìn)了陶瓷材料后期的無(wú)壓燒結(jié)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(duì)ZrB2-SiC陶瓷漿料分散性和流變性的影響。

3、研究結(jié)果表明：當(dāng)體系pH值和PAA分散劑含量分別調(diào)節(jié)到11和0.6wt.％時(shí)，ZrB2-SiC陶瓷漿料的Zeta電位絕對(duì)值達(dá)到最大且ZrB2和SiC顆粒的中值粒徑Dv50達(dá)到最小值；同時(shí)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(yīng)，當(dāng)固含量為48vol.%，陶瓷漿料的黏度在60S-1轉(zhuǎn)速下達(dá)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(duì)離心-注凝工藝制備ZrB2-SiC陶瓷生坯微結(jié)構(gòu)的影響。研究表明：加入3.5wt.%AM、MBAM/AM比例為1:10以及4wt.%APS時(shí)，在9000r/min離心轉(zhuǎn)速下離心10min，離心-注凝工藝制備的ZrB2-SiC陶瓷材料致密度達(dá)到最高值（60.5%），顆粒堆垛均勻密實(shí)、無(wú)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(jī)械加工的強(qiáng)度要求。
　　詳細(xì)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(guò)程。分析結(jié)果表明：ZrB2-SiC陶瓷生坯干燥過(guò)程需要經(jīng)歷兩個(gè)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(jìn)行；干燥收縮后期依靠毛細(xì)管作用以慢勻速干燥速率進(jìn)行。陶瓷生坯于800℃下充分排膠后有利于后期的燒結(jié)致密化過(guò)程。
　　研究了單體含量和引發(fā)劑添加量對(duì)ZrB2-SiC陶瓷材料無(wú)壓燒結(jié)致密化的影響。研究表明：在1900℃/2h無(wú)壓燒結(jié)條件下，單體含量為3.5wt.%的ZrB2-SiC陶