B-,4-C基陶瓷復(fù)合材料的制備與研究.pdf

1、碳化硼(B,,4>C)具有低密度(p<,v>=2.52g/cm<'3>)、高硬度(HV>30GPa)、高模量、耐磨性好、抗氧化性、耐酸堿性強以及良好的中子吸收性能等特點，被國內(nèi)外廣泛用作防彈材料、防輻射材料、耐磨和自潤滑材料、特種耐酸堿侵蝕材料、切割研磨工具以及原子反應(yīng)堆控制和屏蔽材料等。由于碳化硼是共價鍵很強的陶瓷材料，共價鍵占90％以上，而且碳化硼的塑性差，晶界移動阻力很大，固態(tài)時表面張力很小，從而決定了碳化硼是一種極難燒結(jié)的陶瓷材

2、料。常壓下于2300℃燒結(jié)通常只能獲得低于80％的相對密度，制品力學(xué)性能低，限制了其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用。 本文對B<,4>C進行活化燒結(jié)，添加的燒結(jié)助劑為A1<,2>O<,3>、Si、(Ti,w)C等，采用熱壓燒結(jié)工藝制備輕質(zhì)碳化硼基復(fù)合陶瓷材料。對于添加Si的復(fù)合材料，通過原位生成的SiB<,6>提高B<,4>C材料的燒結(jié)性，并通過進一步加入SiC晶須制備了B4C-SiCw-SiB<,6>陶瓷復(fù)合材料。 本文利用顯微

3、壓痕、三點彎曲、單邊切口梁等實驗方法測試了復(fù)合材料的力學(xué)性能，通過XRD、SEM等分析技術(shù)對B<,4>C-A1<,2>O<,3>、B<,4>C-(Ti，W)C、B<,4>C-SiB<,6>等系列復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)、相組成進行了分析，并對復(fù)合材料的補強增韌機制進行了分析探討。研究結(jié)果表明： 1．A1<,2>O<,3>能有效地降低碳化硼陶瓷的燒結(jié)溫度，并提高其彎曲強度；B<,4>C-A1<,2>O<,3>復(fù)合陶瓷材料的硬度隨著A1<

4、,2>O<,3>含量的增加而下降，特別是A1<,2>O<,3>含量超過 10％時，硬度下降明顯。分析認為，A1<,2>O<,3>降低碳化硼陶瓷的燒結(jié)溫度的原因 是由于A18<,12>C<,2>的生成。AIB<,l2>C<,2>作為液相的出現(xiàn)，促進了燒結(jié)體的相對密度是提高基體彎曲強度和斷裂韌性的主要原因。 2．(Ti，W)C固溶體的加入，由于TiB<,2>、W<,2>8<,5>的生成，促進了B<,4>C-(Ti，W)C復(fù)合材料

5、的致密化燒結(jié)，提高了復(fù)合陶瓷的斷裂韌性，斷裂韌性達到5.8MPa·m<'1/2>，遠高于單一碳化硼陶瓷。 3．Si的加入可以降低碳化硼基復(fù)合陶瓷材料的燒結(jié)溫度。采用原位生成SiB<,6>的方法對促進B<,4>C陶瓷材料進的燒結(jié)，提高了B<,4>C基復(fù)合陶瓷材料的性能。對于Si含量10wt％的B<,4>C陶瓷復(fù)合材料，粉料在900～1400℃下8h預(yù)燒處理后，其燒結(jié)體彎曲強度和斷裂韌性分別達到447.2MPa和4.62 Mpa·m