ZrB2共晶陶瓷燃燒合成熔鑄機(jī)理和工藝.pdf

1、共晶陶瓷作為一種原位生成的陶瓷基復(fù)合材料，在微米和納米級(jí)別上具有良好的微觀結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出了出色的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的力學(xué)性能。本文研究了燃燒合成法制備ZrB2共晶陶瓷的工藝及熔鑄機(jī)理，采用鋁熱燃燒合成反應(yīng)成功的制備出了ZrB2/SiC體系和ZrB2/WC體系的共晶陶瓷。通過(guò)反應(yīng)劑含量的控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)體系絕熱溫度的控制。同時(shí)用XRD、SEM等檢測(cè)方法分析了燃燒合成反應(yīng)產(chǎn)物的相組成及產(chǎn)物的組織形貌。本眼前就主要內(nèi)容包括：
　?、艧崃W(xué)計(jì)算了反

2、應(yīng)劑中活性金屬的含量與體系絕熱溫度和壓力之間的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果表明，鎂熱和鋁熱燃燒合成反應(yīng)均為強(qiáng)放熱反應(yīng)，體系的絕熱溫度可以很容易的實(shí)現(xiàn)3000K-4000K，并且體系的絕熱溫度和壓力能夠通過(guò)反應(yīng)劑的含量來(lái)控制。絕熱溫度達(dá)到3400K時(shí)：鎂熱反應(yīng)中Mg的質(zhì)量百分含量為24％，體系壓力為150MPa；鋁熱反應(yīng)中Al的質(zhì)量百分含量為16%，體系的壓力為300MPa。在鋁熱燃燒合成體系中加入過(guò)量的Al后，會(huì)大幅度地降低鋁熱燃燒合成反應(yīng)體系的壓力

3、，從理論上可降為常壓。
　?、评面V熱燃燒合成反應(yīng)制備了ZrB2/SiC體系復(fù)合材料，研究了反應(yīng)劑含量對(duì)燃燒合成產(chǎn)物微觀組織的影響。利用鎂熱燃燒合成反應(yīng)沒(méi)能制備出ZrB2/SiC共晶陶瓷，主要是因?yàn)閆rB2和SiC所占的體積百分比過(guò)小，嚴(yán)重影響了共晶組織的形成；體系壓力過(guò)大，使氣體泄漏過(guò)快，體系迅速降溫，導(dǎo)致了液態(tài)的ZrB2與SiC不能充分互溶，從而影響了共晶組織的形成。
　?、遣捎娩X熱燃燒合成法成功制備了ZrB2/SiC體

4、系的共晶復(fù)合陶瓷。在共晶組織中，ZrB2和SiC都是連續(xù)的，平均片層間距為1μm，SiC的平均摩爾百分含量為61%。ZrB2與SiC的體積比為1：1，形成了非規(guī)則片層狀共晶組織。并研究了鋁熱燃燒合成法制備ZrB2/SiC體系的共晶復(fù)合陶瓷過(guò)程中，反應(yīng)劑含量和SiC的粒徑對(duì)共晶組織的影響規(guī)律：反應(yīng)劑含量的升高會(huì)導(dǎo)致體系溫度的升高，反應(yīng)劑含量達(dá)到45%時(shí)體系完全熔化，但反應(yīng)劑含量繼續(xù)升高，會(huì)影響共晶組織的形成；SiC的粒徑越大，使 SiC在

5、短時(shí)間內(nèi)難以完全熔化，導(dǎo)致制品的致密性越差，共晶組織越難以形成。
　　⑷研究了ZrB2/SiC共晶陶瓷鋁熱燃燒合成的熔鑄機(jī)理：高放熱快速的燃燒合成反應(yīng)，為體系提供了較高的溫度，使材料在短時(shí)間內(nèi)全部熔化，充分互溶，在快速凝固的條件下，形成精細(xì)的共晶組織。利用鋁熱燃燒合成反應(yīng)，制備了ZrB2/WC體系的共晶陶瓷復(fù)合材料。在共晶組織中WC為連續(xù)相，ZrB2與WC的平均間距為0.5μm，WC的摩爾百分含量為63.4%。ZrB2與WC的體積