Zr2(Al(Si))4C5四元陶瓷的合成和抗氧化性研究.pdf

1、具有層狀結(jié)構(gòu)的碳化物陶瓷兼有金屬和陶瓷的優(yōu)良性能。在常溫下有很好的導熱性能和導電性能，有較低的硬度和較高的彈性模量和剪切模量；此外還具有高的屈服強度、高熔點、高熱穩(wěn)定性和良好的抗氧化性能等優(yōu)異性能，因此是很好的高溫結(jié)構(gòu)材料。本文通過熱壓燒結(jié)技術(shù)制備了Zr2(Al(Si))4C5四元陶瓷，分析了Zr2Al4C5的合成路徑，并利用X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、三點彎曲試驗、單邊切口梁法等分析測試方法對其組織和力學性能進行了分析，

2、并對其抗氧化性進行了重點研究。
　　以ZrC、Al和炭黑粉末為起始原料，利用差熱分析、XRD和拉曼光譜等手段對不同溫度下得到的產(chǎn)物進行了分析，通過分析Zr2Al4C5合成路徑，并最終確定了制備Zr2(Al(Si))4C5的工藝路線。
　　Zr2(Al(Si))4C5具有各向異性的微觀結(jié)構(gòu)，晶粒呈長棒狀，晶粒不均勻且存在孔洞，室溫下維氏硬度和彎曲強度較高，斷裂模式為穿晶斷裂。在25-900℃溫度區(qū)間，由于材料內(nèi)部釋放的熱應(yīng)力，

3、使得高溫彎曲強度隨溫度升高而升高。在25-1200℃熱容隨溫度升高而增大，熱導率則隨溫度升高而降低；平均熱膨脹系數(shù)(CTE)隨溫度升高而呈拋物線形式增大。熱沖擊實驗表明，有較好的抗裂紋擴展能力。如何提高晶粒均勻性和致密度，才能有效提高材料性能，需要做進一步的研究。
　　對Zr2(Al(Si))4C5四元陶瓷進行了高溫恒溫氧化實驗，分析了不同溫度下的恒溫氧化動力學曲線，發(fā)現(xiàn)在1000℃滿足拋物線規(guī)律，在1100℃則為線性規(guī)律，在12

4、00℃為近似拋物線規(guī)律。對不同溫度下的氧化層的結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)氧化層成分1000℃下主要的是 Al2O3以無定形態(tài)存在。1000-1200℃是α-Al2O3和t-ZrO2組成的單層結(jié)構(gòu)。Zr2(Al(Si))4C5的抗氧化性較差，這是由于沒有形成致密的的保護膜。在三種溫度下，試樣氧化層厚度與時間成拋物線性關(guān)系。如何形成連續(xù)的氧化保護膜，以及增加Si的含量（如用SiC作為另一相）使其在更高的溫度下形成鋁硅酸鹽以提高Zr2(Al(Si))