熔鹽鎂熱還原法制備ZrB2-SiC復(fù)合粉體.pdf

1、ZrB2-SiC(ZS)是最具應(yīng)用前景的超高溫材料。熔鹽法是高效實(shí)用的陶瓷粉體制備方法。本文以Mg粉為還原劑，采用熔鹽鎂熱還原工藝制備了ZrB2、2H-SiC及ZS復(fù)合粉體，并研究了加熱溫度、保溫時(shí)間、原料用量等工藝參數(shù)對(duì)制備ZrB2、2H-SiC及ZS復(fù)合粉體的影響，采用XRD、FE-SEM結(jié)合EDS及TEM等對(duì)所制備粉體的顯微結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了表征。此外，本文還采用TG-DSC對(duì)所制備粉體的氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:
　　

2、(1)以ZrO2及B4C為原料，以Mg粉為還原劑，以NaCl-KCl為反應(yīng)介質(zhì)，采用熔鹽鎂熱還原工藝制備ZrB2粉體的起始溫度為1173K，其最佳合成溫度為1473K，該合成溫度相較于傳統(tǒng)方法的降低了400K。制備純相ZrB2粉體的最佳工藝條件為:B/Zr摩爾比為2.2，Mg粉過(guò)量50wt％，1473K保溫3h。所制備ZrB2粉體的晶粒大小約為30～300nm。
　　(2)以SiO2及C為原料，以Mg粉為還原劑，以NaCl-KCl

3、為反應(yīng)介質(zhì)，采用熔鹽鎂熱還原法制備SiC粉體的最低溫度為1073K，該溫度比傳統(tǒng)方法合成SiC的溫度低約600K，所制備的SiC粉體中2H-SiC的相對(duì)含量約為45wt％。適當(dāng)增加Mg粉用量和加熱溫度均有利于促進(jìn)2H-SiC的生成。制備2H-SiC的最佳工藝條件為:C/Si摩爾比為1.3，Mg粉過(guò)量60wt％，加熱溫度為1373K/3h。此時(shí)所合成SiC粉體中2H-SiC的相對(duì)含量最高，約為72wt％。謝樂(lè)公式的計(jì)算結(jié)果表明1073K和

4、1373K合成的2H-SiC的晶粒尺寸分別為24和39nm。還原劑Mg和熔鹽介質(zhì)在SiC和2H-SiC的合成中都起著決定性的作用。
　　(3)在B/Zr摩爾比為2.4，C/Si摩爾比為1.0，Mg粉過(guò)量50wt％時(shí)，采用熔鹽鎂熱還原工藝經(jīng)1473K/3 h反應(yīng)后制備了ZS復(fù)合粉體，該溫度相較于傳統(tǒng)方法的降低了約400K。所制備ZS復(fù)合粉體的粒徑約為幾個(gè)微米，每個(gè)ZS顆粒都是由大量晶粒尺寸為幾百納米的ZrB2和SiC小晶粒組成的，其

5、中ZrB2為六方狀和球狀，SiC為四方狀，SiC均勻地分散在ZrB2周圍。利用BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)理論，建立了加熱溫度、B用量、C用量、Mg用量及保溫時(shí)間與所制備粉體中ZrB2和SiC含量之間的非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系模型，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)效果良好。
　　(4)以ZrSiO4、 B2O3和C為原料，以Mg粉為還原劑，以NaCl-KCl為反應(yīng)介質(zhì)，在B/Zr摩爾比為2.2，C/Si摩爾比為1.0，Mg粉過(guò)量50wt％時(shí)，采用熔鹽鎂熱還原工藝經(jīng)

6、1473K/3h反應(yīng)后制備了純相的ZS復(fù)合粉體。適當(dāng)過(guò)量的B2O3和Mg粉均有利于ZS復(fù)合粉體的合成。所制備ZS復(fù)合粉體的粒徑約為幾微米，其中ZrB2為球狀、棒狀和四方狀，其晶粒尺寸約為幾百納米，SiC為不規(guī)則形狀，其晶粒大小約為幾十納米，復(fù)合粉體中ZrB2和SiC均勻地分布在一起。
　　(5)采用非等溫氧化法對(duì)所制備ZrB2、2H-SiC和ZS復(fù)合粉體的氧化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明所制得的單相ZrB2和2H-SiC的氧化過(guò)