高性能硼化物陶瓷粉體的制備及其制品組織性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，管道的用量越來(lái)越多。由于應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)管道材料的性能要求也越來(lái)越高。當(dāng)今常用各類管道普遍存在功能單一、性能有限或成本高等問題，故開發(fā)新型的高性能復(fù)合管道顯得尤為重要。三元復(fù)合管道產(chǎn)品是近年來(lái)本課題組為了滿足石油、化工、石化、冶金和電力等領(lǐng)域復(fù)雜工況需求而研發(fā)的新材料，已成功地解決了一些工程構(gòu)件使用壽命短的問題。在三元復(fù)合材料中，中間層陶瓷材料的選擇至關(guān)重要，它對(duì)管道的高溫耐熱性和耐磨耐蝕性能的發(fā)揮起著關(guān)鍵的

2、作用。因此，對(duì)陶瓷層材料進(jìn)行較為深入細(xì)致的分析研究，對(duì)三元復(fù)合管道技術(shù)提升有著重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文以三元復(fù)合管道項(xiàng)目為應(yīng)用背景，以中間層陶瓷材料為具體研究對(duì)象，從基礎(chǔ)研究入手，對(duì)陶瓷種類的選擇、合成方法的確定到陶瓷粉體的制備及制品的成型，以及粉體和制品的顯微結(jié)構(gòu)和性能的表征分析等開展了較為系統(tǒng)的研究，并在此基礎(chǔ)上對(duì)三元復(fù)合管道的成型工藝進(jìn)行了初步分析。 研究結(jié)果表明，高性能硼化物陶瓷材料因其具有高強(qiáng)、高硬度及良好的

3、耐磨耐蝕性能是三元復(fù)合管道陶瓷襯里層的最佳候選材料之一。燃燒還原合成法，高效節(jié)能，是目前制備硼化物陶瓷粉體的有效手段。粉體合成過程機(jī)理：原料粉體水份的失去→B2O3的熔化→B2O3(l)+Al(Mg)(s)→B+Al2O3(MgO)→Al(Mg)熔化→TiO2(ZrO2)+Al(Mg)→Ti(Zr)+Al2O3(MgO)和Ti(Zr)+2B→TiB2(ZrB2)。 燃燒還原合成法制備的TiB2/Al2O3、ZrB2/Al2O3復(fù)

4、相粉體與單相TiB2粉體相比，具有顆粒粒度分布窄、粒徑小的特點(diǎn)，這主要與復(fù)相顆粒間具有良好的界面結(jié)合有關(guān)。這決定著復(fù)相粉體具有良好的成型性和燒結(jié)行為。 熱壓燒結(jié)技術(shù)是制備高致密度硼化物陶瓷材料的主要途徑之一。利用熱壓燒結(jié)技術(shù)制備的單相TiB2和復(fù)相TiB2/Al2O3、ZrB2/Al2O3陶瓷材料在相同燒結(jié)溫度的條件下，復(fù)相陶瓷較單相陶瓷具有更高的致密度。燒結(jié)工藝對(duì)陶瓷材料力學(xué)性能有非常重要的影響。在相同燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間的條件

5、下，TiB2/Al2O3復(fù)相陶瓷較TiB2單相陶瓷具有更高的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。Al2O3陶瓷的存在，對(duì)單相TiB2陶瓷材料來(lái)說起著增強(qiáng)增韌的效果。ZrB2/Al2O3復(fù)相陶瓷材料較TiB2/Al2O3具有更高的抗彎強(qiáng)度和較大的斷裂韌性值，這主要與組成材料的二硼化物的性質(zhì)不同有關(guān)。 改性不飽和聚酯樹脂具有吸水率低、成型方便及耐蝕性高等優(yōu)點(diǎn)，是合適的三元復(fù)合管道用基體樹脂。填充偶聯(lián)劑表面改性SiO2顆粒以后，固化時(shí)間減少，材料的力