碳化硼復合材料的制備及力學性能研究.pdf

1、碳化硼具有高硬度、高模量、耐磨性好、密度小、抗氧化性強、耐酸堿性強以及良好的中子吸收性能等特點,已應用于防彈材料、防輻射材料、耐磨和自潤滑材料,耐酸堿侵蝕材料、切割研磨工具以及原子反應堆控制和屏蔽材料等領(lǐng)域。但是燒結(jié)困難和高脆性一直成為制約碳化硼廣泛應用的主要障礙。
　　 本文通過原位反應引入TiB2顆粒增韌B4C陶瓷制備了致密化的TiB2/B4C復合材料;采用無壓燒結(jié)工藝制備了Al8B4C7/B44C復合材料。利用X射線衍射(

2、XRD)、金相顯微鏡(OM)和掃描電鏡(SEM)研究了碳化硼復合材料的相組成和顯微組織結(jié)構(gòu),測試了碳化硼復合材料的力學性能,研究了碳化硼復合材料的致密化燒結(jié)機理與增韌機制。
　　 研究結(jié)果表明,TiO2、葡萄糖與B4C原位反應生成TiB2。TiB2/B4C復合材料的顯微組織均勻致密,絕大部分孔洞已經(jīng)閉合。添加TiO2能顯著降低表觀燒結(jié)活化能,25vol.％TiB2/B4C復合材料的表觀燒結(jié)活化能降到純B4C的37％。連續(xù)燒結(jié)到2

3、150℃時,25vol％TiB2/B4C復合材料的相對密度為96％。2100℃等溫燒結(jié)60min時,25vol.％TiB2/B4C復合材料的相對密度為98％。2150℃等溫燒結(jié)60min時,25vol.％TiB2/B4C復合材料的相對密度最高,達到98.5％。隨著TiO2含量增加,TiB2/B4C復合材料試樣收縮率和質(zhì)量損失增大,5vol.％。TiB2/B4C復合材料的收縮率為13％、質(zhì)量損失為10％。
　　 隨著TiB2含量的

4、增加,TiB2/B4C復合材料的硬度、彎曲強度和斷裂韌性先升高后降低。含15vol.％TiB2的B4C復合材料具有最佳性能:維氏硬度為33GPa,彎曲強度為502MPa,斷裂韌性為4.6MPam1/2。TiB2/B4C復合材料的增韌機制為:①熱膨脹失配引致應力增韌:②微裂紋釋放能量增韌;③TiB2晶粒對裂紋擴展的偏轉(zhuǎn)和橋接作用;④TiB2晶粒抑制B4C晶粒長大的細晶作用。
　　 Al與B4C原位反應生成三元化合物Al8B4C7。