二硼化鋯基陶瓷復合材料的新型制備方法及性能研究.pdf

1、超高溫陶瓷是指能在2000℃以上溫度使用的一類陶瓷材料，主要包括一些硼化物、碳化物及其復合材料，如 ZrB2、HfB2、SiC、ZrC、ZrB2/SiC/C等。它是支撐超高音速飛行器、長航時機動戰(zhàn)略導彈等在極端環(huán)境下安全服役的根本保證，在我國的航天航空和國防軍事應用方面具有特別重要的戰(zhàn)略意義。
　　由于 ZrB2的高熔點、極強的共價鍵和較低的體積擴散速率等特性，在燒結過程中晶界擴散和體積擴散不明顯，使得對 ZrB2材料的燒結變得非

2、常困難。此外，存在于ZrB2材料表面的氧化物如B2O3等也會阻礙ZrB2陶瓷的致密化。目前，通常采用兩種途徑來實現(xiàn) ZrB2材料的燒結致密化：一是采用場輔助燒結方式；另一種是添加合適的燒結助劑。本文一方面通過選擇新型的燒結方式，分別以高壓高溫燒結、SPS燒結和振動燒結來制備 ZrB2基陶瓷復合材料；另一方面，在選擇合適的燒結助劑上，并借助原位反應，促進 ZrB2陶瓷的致密化。借助X光衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）對制備的材料進

3、行物相分析及微觀形貌觀察；測試材料的硬度、相對密度、抗彎強度和斷裂韌性等性能；分別對幾種燒結方式制備出的材料的硬度、相對密度、抗彎強度、斷裂韌性、抗氧化性和抗熱震性進行分析和表征。
　　用六面頂壓機高壓高溫燒結 ZrB2-SiC復合粉體，制備出的復合材料的強度隨著SiC含量的增加先升高再降低，少量的SiC可以填充ZrB2晶粒之間的孔隙，填補裂紋，在高溫下還可氧化生成硅酸鹽玻璃相，填補材料表面的裂紋等缺陷，改善材料強度，但SiC含量

4、過多時會團聚，SiC與SiC間的晶界結合力下降造成強度降低。
　　在不同電流和壓力下，借助二硅化鋯、碳化硼和活性炭之間的原位反應，以六面頂壓機高壓高溫燒結制備出ZrB2-SiC復合材料，隨著電流和壓力的增大，強度硬度等力學數(shù)據(jù)都在提高，最高強度為320MPa，燒結過程中樣品內部的殘余應力對材料的力學性能影響較大，經退火處理后可以消除部分殘余應力，材料的抗彎強度最高可達520MPa。
　　利用放電等離子體燒結二硼化鋯、二硅化鋯

5、、碳化硼和活性炭復合粉體，利用ZrSi2、B4C和C的原位反應，在1600℃燒結出致密的ZrB2-SiC復合材料，所得到的樣品具有較高的抗彎強度，最高值達到1114MPa。燒結的樣品的抗氧化性能較好，氧化增重很低，其抗熱震臨界溫差值達到600℃。
　　利用振動熱壓燒結 ZrB2復合材料，選擇鋁粉、碳化硼和碳粉為燒結助劑，以振動熱壓燒結進行燒結，在1600℃的相對低溫下，外加50噸的變壓，在振動熱壓燒結爐中燒結得到相對密度超過100