原料粒徑對ZrB2-SiC復相陶瓷致密化和力學性能的研究.pdf

1、超高溫陶瓷(Ultra-high temperature ceramits)是一類能應用于高溫環(huán)境及反應氣氛中，并保持物理和化學穩(wěn)定性的一類材料，已被越來越多地應用于國防和航天領域。ZrB2-SiC體系由于具有優(yōu)異的力學性能和抗氧化性而成為超高溫陶瓷材料中極有應用潛力的材料體系。和其他非氧化物陶瓷一樣，ZrB2中強的B-B共價鍵和硼原子較低的自擴散系數(shù)使得ZrB2-SiC陶瓷一般需要熱壓燒結(jié)，并且在較高的溫度下(>1900℃)才能實現(xiàn)材

2、料的高致密化，常采取加入燒結(jié)助劑來降低燒結(jié)溫度。前人的研究大多集中在燒結(jié)助劑對材料的燒結(jié)性能和顯微結(jié)構(gòu)的影響上，但燒結(jié)助劑的添加雖然可以降低材料的燒結(jié)溫度，提高材料的致密化程度，但是會影響材料的高溫性能如抗氧化、抗燒蝕等性能。對于結(jié)構(gòu)陶瓷材料的研究已證實，原料的粒徑的改變也會明顯影響材料的性能，因此，有必要從原料粒徑的角度去探索材料的性能。
　　 本論文以ZrB2-SiC體系為研究對象(ZrB2與SiC體積比固定為80:20)，

3、制備了不同原料粒徑配比的ZrB2-SiC復相陶瓷，通過控制原料粒徑和選取不同的燒結(jié)溫度探索ZrB2-SiC材料的致密化與顯微結(jié)構(gòu)演變對材料性能的影響。
　　 首先將不同顆粒尺寸的原料匹配，并調(diào)整燒結(jié)工藝，對ZrB2-20vol％SiC材料的燒結(jié)性進行了研究。以熱壓燒結(jié)制備了ZrB2-20vol％SiC復相陶瓷，通過變化原料粒徑可以得出原料粒徑對致密化過程的影響規(guī)律，另一方面，通過改變燒結(jié)溫度，可以了解不同粒徑配比的體系完全致密所

4、需要的燒結(jié)溫度。實驗結(jié)果表明，ZrB2-SiC材料的致密度受到ZrB2粉體粒徑、燒結(jié)溫度和SiC粉體粒徑的影響。表現(xiàn)為當選用粗顆粒ZrB2粉體(14μm)作為原料時，隨SiC粉體粒徑的減少(平均粒徑從5μm降到0.45μm和燒)結(jié)溫度的升高(1800℃增加到2000℃)，材料的相對密度可以從88％提高到100％；當ZrB2粉體為細粉時(1.4μm)，材料密度基本上不受SiC粉體粒徑和燒結(jié)溫度的影響，相對密度在98到99％之間變化。因此，

5、選用合適的原始粉體粒徑匹配，即使在1900℃的燒結(jié)條件下，也可以得到完全致密的材料。論文還研究了ZrB2-SiC陶瓷原料的不同粒徑和燒結(jié)溫度變化對材料顯微結(jié)構(gòu)和力學性能的影響，以期通過采用合適的原料粒徑的途徑達到改善材料性能的目的。對于1900℃和2000℃燒結(jié)的材料的顯微結(jié)構(gòu)和力學性能分析結(jié)果表明，使用粗粉ZrB2原料(平均粒徑14μm)的ZrB2-SiC樣品的斷裂韌性隨SiC粒徑的增加而顯著降低，而使用細粉ZrB2原料的ZrB2-S