反應(yīng)燒結(jié)碳化硼復(fù)合材料顯微組織和力學(xué)性能的研究.pdf

1、基于反應(yīng)燒結(jié)SiC原理，研究開(kāi)發(fā)的制備反應(yīng)燒結(jié)碳化硼(RBBC)復(fù)合材料具有制備成本低和燒結(jié)前后無(wú)收縮等優(yōu)點(diǎn)。但在制備RBBC復(fù)合材料的過(guò)程中，碳化硼主相因在Si液中溶解、反應(yīng)而大量損耗，限制了這一材料的推廣應(yīng)用。本文針對(duì)這一問(wèn)題，研究了熔滲溫度和碳源包覆對(duì)復(fù)合材料相組成、顯微組織、體積密度和力學(xué)性能的影響，并深入研究了碳化硼晶粒在Si液中的長(zhǎng)大機(jī)理和B4C-Si反應(yīng)機(jī)理。論文對(duì)于碳化硼陶瓷的推廣應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。<

2、br>　　論文取得的主要結(jié)果為:(1)采用B4C、炭黑、金屬Si為原料，在1450-1650℃×60min真空滲Si處理，可以制備出具有較高致密度的RBBC復(fù)合材料，復(fù)合材料的相組成為B4C、B12(C，Si，B)3、SiC和Si。隨著熔滲溫度的增加，RBBC復(fù)合材料中碳化硼含量降低而SiC含量增加，碳化硼顆粒尺寸增大、大尺寸碳化硼顆粒的數(shù)量也增加;SiC由不連續(xù)的絮狀逐漸演變?yōu)橥暾?、連續(xù)的SiC區(qū)域，且完整、連續(xù)SiC區(qū)域的尺寸和數(shù)量

3、也有所增加;復(fù)合材料的力學(xué)性能整體呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)熔滲溫度為1600℃時(shí)，復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最佳，復(fù)合材料的維氏硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為19 GPa、344MPa和3.8 MPa·m1/2，復(fù)合材料開(kāi)口氣孔率和體積密度分別為0.09％和2.54g/cm3。(2)采用酚醛樹(shù)脂為碳源，經(jīng)機(jī)械攪拌、超聲分散和炭化，可以制備出C包覆的B4C-C復(fù)合粉體。C包覆的B4C可有效降低RBBC復(fù)合材料中碳化硼顆粒的溶解損耗及其顆粒尺寸

4、的增大趨勢(shì)，且復(fù)合材料中生成了大量納米SiC顆粒;所得RBBC復(fù)合材料的維氏硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性可分別提高到23 GPa、442MPa和4.9 MPa·m1/2，較以炭黑為碳源時(shí)分別提高了15％、35％和36％;碳化硼顆粒尺寸增大趨勢(shì)的減弱及納米SiC顆粒的產(chǎn)生是其性能提高的主要原因。(3)隨著熔滲溫度的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，Si液中的碳化硼晶粒由不規(guī)則形狀演變?yōu)槎嗝骟w，晶粒尺寸也逐漸增加。當(dāng)熔滲溫度小于1750℃時(shí)，不規(guī)則形狀碳化硼晶

5、粒在Si液中發(fā)生正常長(zhǎng)大，其晶粒尺寸分布為單峰分布，晶粒長(zhǎng)大為擴(kuò)散控制的連續(xù)長(zhǎng)大，晶粒生長(zhǎng)激活能為156 kJ·mol-1。當(dāng)熔滲溫度大于1750℃時(shí)，多面體碳化硼晶粒在Si液中發(fā)生異常長(zhǎng)大，其晶粒尺寸分布為雙峰分布，晶粒長(zhǎng)大為二維形核控制的側(cè)邊長(zhǎng)大，晶粒吞并加速了晶粒的異常長(zhǎng)大。(4)熱壓碳化硼塊體與Si塊在高于Si熔點(diǎn)反應(yīng)時(shí)，液態(tài)Si滲入碳化硼基體中并與其反應(yīng)，在碳化硼基體一側(cè)形成反應(yīng)層。隨著反應(yīng)溫度的增加，反應(yīng)層的尺寸增加;且反應(yīng)

6、層中SiC形貌由不規(guī)則形狀轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)棒狀;反應(yīng)溫度為1700-2200℃時(shí)，反應(yīng)層的相組成為SiC、SiB6、B12(C，Si，B)3和Si。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，反應(yīng)層的尺寸也增加;且反應(yīng)層中SiC形貌先由不規(guī)則形狀轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)棒狀，繼而由長(zhǎng)棒狀轉(zhuǎn)變?yōu)闃?shù)枝狀。碳化硼與液態(tài)Si的反應(yīng)機(jī)理為溶解沉淀機(jī)理。碳化硼與Si液的反應(yīng)過(guò)程為:Si先奪取碳化硼中C，生成SiC和B12(C，Si，B)3;隨后B12(C，Si，B)3溶解于Si液中，含B、C的過(guò)