ZrB2基納米超高溫陶瓷復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、ZrB2基超高溫陶瓷具有耐高溫、抗氧化燒蝕、抗沖刷等優(yōu)良特性,是一種非常有前途的超高溫防熱結(jié)構(gòu)材料。然而ZrB2陶瓷固有的晶體結(jié)構(gòu)決定了它很難進行燒結(jié),微米ZrB2基超高溫陶瓷一般需要在很高的溫度下才能致密化,這在很大程度上限制了其增強體的選材范圍,因為大多數(shù)增強體在高溫下性能會發(fā)生嚴重退化。因此,實現(xiàn)ZrB2基超高溫陶瓷的低溫致密化在工程應(yīng)用上具有重大意義。納米ZrB2陶瓷具有很強的燒結(jié)活性,有望在低溫下實現(xiàn)致密化。本文針對ZrB2基

2、超高溫陶瓷難以燒結(jié)的問題,利用納米顆粒具有燒結(jié)活性高的特性實現(xiàn)了ZrB2基超高溫陶瓷的低溫燒結(jié)。
　　詳細研究了單相納米ZrB2在燒結(jié)過程中的致密化和晶粒長大行為,納米ZrB2在1300℃已經(jīng)開始燒結(jié),較微米ZrB2的起始燒結(jié)溫度低了近500℃,而且該溫度下燒結(jié)后的致密度可以達到70％,繼續(xù)升高燒結(jié)溫度對其致密度的提升很小,而晶粒長大較為明顯,當燒結(jié)溫度達到1600℃時大多數(shù)晶粒尺寸已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒚琢考?。其原因是在納米ZrB2陶瓷的

3、燒結(jié)初期存在快速的致密化和晶粒長大兩個相互競爭的過程,快速的晶粒長大很容易使ZrB2晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒚壮叨?體系失去了納米燒結(jié)的特性,導(dǎo)致進一步的致密化受阻。即使采用SPS的快速燒結(jié)技術(shù)也很難提高其致密度,因為納米ZrB2在燒結(jié)過程的晶粒長大對溫度極為敏感,當燒結(jié)溫度達到某一數(shù)值時,晶粒會瞬間快速長大。因此,可以采用低溫燒結(jié)納米ZrB2陶瓷,在抑制晶粒長大的同時促進致密化。
　　采用多步燒結(jié)的方法實現(xiàn)了納米ZrB2-SiC陶瓷的低溫燒

4、結(jié),在1500℃燒結(jié)就能獲得82%的致密度,晶粒尺寸約210nm,強度高達838.1MPa,而利用SPS在該溫度下燒結(jié)只能獲得75%的致密度,晶粒尺寸約500nm,強度為420.0MPa,說明采用低溫多步燒結(jié)法制備納米ZrB2-20SiC能有效地抑制晶粒長大并促進致密化。通過濕法成型和等靜壓成型后的坯體熱壓燒結(jié)后能獲得晶粒更加細小的陶瓷,這主要是因為在致密度較高的生坯中顆粒接觸面增多,導(dǎo)致燒結(jié)過程中的晶界密度增加,在晶界阻力的作用下晶粒