電弧熔化法原位合成ZrB2-SiC復合材料.pdf

1、為解決傳統(tǒng)固態(tài)燒結方法下制備ZrB2-SiC復合材料存在的諸多局限性如:制備條件苛刻,對初始粉末狀態(tài)要求嚴格、需添加燒結助劑以及制備材料的力學性能偏低等,本研究提出并采用電弧熔化原位合成法制備ZrB2-SiC復合材料,目的是制備出新型結構、高力學性能的ZrB2-SiC材料。
　　電弧熔化原位合成法的原理是:在高能量密度的熱源與反應材料相互作用下,在熔體中發(fā)生超高溫反應來一步生成目標產物。通過控制材料組分及凝固過程的熱擴散方向來控制

2、材料的結構形貌,從而得到具有優(yōu)異性能的超高溫復合材料。本研究以Zr,B4C及SiC為反應原料、鎢極氬弧為熱源,成功制備出具有新型結構的ZrB2-SiC復合材料并對材料的結構、性能進行了深入表征與分析。
　　本研究通過XRD,SEM及EDS對ZrB2–37mol％SiC材料橫截面的成分和結構進行了表征。結果表明:ZrB2-SiC材料中存在織構狀及塊狀結構?？棙媴^(qū)中含有方向性排列的ZrB2晶粒,這些晶粒緊密鑲嵌于SiC基體中。用壓痕法

3、對材料的力學性能進行了測試。98N壓力載荷下測得材料維氏硬度值 HV10為24.0±0.8GPa,基于日本工業(yè)標準(JISR1607)計算得到的斷裂韌度值 KIC為6.7±0.7 MPa m1/2。與用傳統(tǒng)方法制備的ZrB2-SiC復合材料相比,電弧熔化法原位合成的ZrB2-SiC材料具有更好的力學性能。結合ZrB2-SiC體系二元相圖,SEM及EDS分析得出材料中的織構狀結構為ZrB2-SiC共晶體,而塊狀結構多為ZrB2先析出相。顯

4、微力學性能測試結果表明織構狀的共晶組織對ZrB2-SiC材料強度和韌性的提升具有重要作用。
　　本研究以ZrB2–48mol%SiC材料為研究對象,對ZrB2-SiC材料各向異性特性進行了探究。SEM表征發(fā)現(xiàn)材料在不同截面展現(xiàn)出各向異性的組織形貌:在與電弧加工表面平行的截面上有迷宮狀織構組織,而在與其垂直的截面上發(fā)現(xiàn)有取向的織構組織。XRD結果也證實ZrB2晶粒在材料中有取向特征,ZrB2晶粒沿垂直于(001)晶面的c–axis方