常壓燒結(jié)制備TaC陶瓷及其氧化燒蝕行為的研究.pdf

1、氧化燒蝕性能是超高溫材料研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。本文采用模壓燒結(jié)法制備了TaC陶瓷材料，研究了TaC試樣的高溫氧化及超高溫?zé)g行為，結(jié)合X-ray、SEM、Tg-DSC等分析手段對(duì)組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、氧化動(dòng)力學(xué)及氧化燒蝕機(jī)理進(jìn)行了研究。 通過實(shí)驗(yàn)確定了TaC陶瓷材料的制備方法和工藝。以單質(zhì)C、Ta粉末為原料壓制成型常壓燒結(jié)TaC時(shí)，由于發(fā)生自蔓延反應(yīng)，產(chǎn)物疏松多孔，不能制備致密的TaC陶瓷。以少量(3％)單質(zhì)Ta、C粉末為燒結(jié)助劑活化燒結(jié)Ta

2、C陶瓷，能夠在2100℃燒結(jié)制備相對(duì)密度達(dá)91％的無裂紋TaC材料；提高單質(zhì)粉末添加量到6％，或?qū)Y(jié)溫度提高到2300℃，TaC的密度均有一定的提高，同時(shí)TaC晶粒的尺寸增加。 TaC陶瓷在1000℃～1600℃范圍氧化產(chǎn)物都為多孔結(jié)構(gòu)的Ta<,2>O<,5>，并且孔隙尺寸隨溫度的升高而增大；1000℃～1400℃單位面積的氧化增重小于0.3g/cm<'2>，TaC的氧化為反應(yīng)控制階段，增重隨氧化時(shí)間的延長而增加；增重大于0.

3、3g/cm<'2>，氧化為擴(kuò)散控制階段，增重隨氧化時(shí)間按拋物線關(guān)系增長；1500℃～1600℃時(shí)整個(gè)氧化過程都為反應(yīng)控制過程，氧化增重隨時(shí)間正比例增加。計(jì)算了各溫度TaC陶瓷氧化的反應(yīng)活化能：1000℃～1400℃活化能為28.82kJ/mol，而1500℃～1600℃高溫區(qū)為109.36 kJ/mol。XRD分析發(fā)現(xiàn)，在1500℃產(chǎn)物Ta<,2>O<,5>的晶型發(fā)生了轉(zhuǎn)變。 采用Tg-DSC、SEM等分析了TaC的氧化機(jī)制。T

4、aC粉末在Tg氧化過程中的增重最大值超過了理論增重，出現(xiàn)了碳的滯留。TaC塊體試樣高溫氧化后觀察到反應(yīng)界面處的存在無定形狀物質(zhì)，能譜分析為C。在有殘留C條件下反應(yīng)界面處的氣體產(chǎn)物只能為CO，因此氧化層中存在向外擴(kuò)散的CO與向內(nèi)擴(kuò)散的O<,2>發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)區(qū)，并以此初步建立了氣體分布與擴(kuò)散模型。排出副產(chǎn)物CO導(dǎo)致氧化后試樣形成疏松多孔結(jié)構(gòu)，結(jié)合燒結(jié)原理，推測(cè)了多孔氧化物的形成機(jī)制。 采用氧.炔焰燒蝕方法考察了TaC陶瓷的燒蝕行為