SiC和LaB6對(duì)ZrC陶瓷力學(xué)與抗氧化性能的影響.pdf

1、超高溫陶瓷作為防熱材料在航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,成為近年來研究的熱點(diǎn)。碳化鋯(ZrC)屬于超高溫陶瓷的一種,具有熔點(diǎn)高、硬度大、斷裂強(qiáng)度高、導(dǎo)電(熱)性好、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。但是ZrC難燒結(jié)、斷裂韌性低、抗氧化性差,嚴(yán)重限制了它在實(shí)際中的應(yīng)用。為了提高ZrC陶瓷的綜合性能,本文分別利用SiC和LaB6作為添加劑制備了ZrC基陶瓷,對(duì)復(fù)相陶瓷的燒結(jié)行為及微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,系統(tǒng)研究了添加劑對(duì)ZrC陶瓷力學(xué)性能及抗氧化性能的影響。

2、>　　通過熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)以及放電等離子燒結(jié)方法制備了ZrC-SiC陶瓷。SiC可以降低ZrC晶粒生長(zhǎng)速率,消除晶內(nèi)孔,進(jìn)而細(xì)化ZrC陶瓷的組織結(jié)構(gòu)并提高ZrC陶瓷的致密度和室溫力學(xué)性能。SiC粒徑越小,越有利于ZrC的燒結(jié)且陶瓷組織結(jié)構(gòu)越精細(xì)。原始ZrC粉末經(jīng)過高能球磨后燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力增加,提高了ZrC陶瓷的致密度。引入2wt.％石墨提高了ZrC的擴(kuò)散速率,降低了ZrC的燒結(jié)溫度。ZrC、Si、石墨混合粉末經(jīng)過球磨后具有優(yōu)異的燒結(jié)性能,

3、1800℃放電等離子燒結(jié)制備的ZrC-SiC陶瓷相對(duì)密度超過96.1%,并表現(xiàn)出了優(yōu)異的力學(xué)性能。
　　研究了ZrC-30vol.%SiC陶瓷空氣中800～2100℃的氧化行為。探討了不同體積含量及不同粒徑SiC對(duì)ZrC-SiC陶瓷1300℃和1500℃氧化行為的影響。詳細(xì)分析了氧化層的微觀組織結(jié)構(gòu)及相組成并研究了氧化層的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué),揭示了ZrC-SiC陶瓷的氧化機(jī)理。800℃和1100℃氧化時(shí)引入SiC降低了ZrC的抗氧化性。1

4、300℃氧化時(shí)引入SiC提高了ZrC的抗氧化性,小粒徑SiC更有利于提高抗氧化性。1500℃氧化時(shí)引入10、20vol.%SiC降低了ZrC的抗氧化性,引入30vol.%SiC提高了ZrC的抗氧化性,SiC粒徑對(duì)ZrC-SiC抗氧化性影響不大。1300℃和1500℃氧化時(shí)ZrC-SiC陶瓷的氧化層能夠形成雙層結(jié)構(gòu)。外層為白色并含有較多氣孔,由ZrO2、SiO2、少量C構(gòu)成;內(nèi)層為黑色且致密,由ZrO2、SiC、大量C構(gòu)成。內(nèi)外層的生長(zhǎng)速

5、度與氧化溫度、SiC的含量以及粒徑相關(guān)。高溫(～1700℃)和超高溫(～2100℃)氧化時(shí),ZrC-SiC陶瓷氧化層中 SiO2含量降低,氣孔數(shù)量增加,氧化層保護(hù)能力下降。
　　采用LaB6作為ZrC的添加劑,利用反應(yīng)熱壓方法制備了含有 ZrB2和一種片層結(jié)構(gòu)相的ZrC基陶瓷。原位生成的第二相細(xì)化了陶瓷的組織結(jié)構(gòu),提高了ZrC陶瓷的致密度以及斷裂強(qiáng)度和斷裂韌性,降低了硬度和彈性模量。原位反應(yīng)生成的片層結(jié)構(gòu)相表現(xiàn)出了一定的室溫塑性,