BN-SiO2-Al2O3系陶瓷復(fù)合材料的組織、抗熱震和抗等離子侵蝕性能.pdf

1、本文以h-BN、非晶SiO2、α-Al2O3粉體為原料,在1650℃/30MPa/1hAr氣保護(hù)條件下熱壓燒結(jié)制備了不同組分的BN-SiO2-Al2O3系陶瓷復(fù)合材料。利用DSC、XRD、SEM、TEM等分析手段和三點(diǎn)彎曲、淬水熱震和等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)等離子體羽流濺射等技術(shù),系統(tǒng)研究了BN含量對(duì)其顯微組織、力學(xué)性能、熱學(xué)性能、抗熱震性能和抗等離子濺射性能的影響規(guī)律及機(jī)理。結(jié)果表明,熱壓燒結(jié)制備的該系陶瓷復(fù)合材料中,h-BN穩(wěn)定存在,非晶Si

2、O2和α-Al2O3反應(yīng)生成莫來(lái)石。當(dāng)BN含量為10vol.％40vol.%時(shí),材料中含BN,莫來(lái)石和Al2O3三相;殘留Al2O3呈球形鑲嵌于連續(xù)莫來(lái)石晶粒內(nèi),并使其產(chǎn)生大量位錯(cuò),隨BN含量增加,莫來(lái)石中位錯(cuò)密度逐漸降低。當(dāng)BN含量為50vol.%和60vol.%時(shí),該系材料中主要含有BN,莫來(lái)石和非晶SiO2三相,莫來(lái)石晶粒變?yōu)橐?guī)則的等軸狀,但大小不均勻,分布在非晶SiO2和h-BN之間,且其中已看不到位錯(cuò);BN晶粒則為層片狀,其中

3、有豐富的層錯(cuò)。BN含量增加,復(fù)合材料密度、維氏硬度逐漸下降,顯氣孔率隨BN含量增加逐漸升高,但都低于0.5%?？箯潖?qiáng)度、彈性模量和斷裂韌性則先升高后下降,在BN為40vol.%時(shí)達(dá)到峰值,分別為284.3MPa,257GPa和3.99MPa?m1/2。BN含量為20vol.%和30vol.%時(shí),復(fù)合材料的等壓比熱隨溫度增加呈單調(diào)遞增趨勢(shì);其他含量時(shí),隨溫度增加,則先增后降。1000℃時(shí),含30vol.%BN的該系陶瓷復(fù)合材料等壓比熱最高

4、,為1.4J·g-1·K-1。當(dāng)BN為10vol.%時(shí)復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)最高,BN為20vol.%50vol.%時(shí)非常接近,BN為60vol.%時(shí)最低。BN為60vol.%時(shí)復(fù)合材料熱導(dǎo)率最低,其余規(guī)律不明顯。該系陶瓷復(fù)合材料熱震后強(qiáng)度普遍降低,而B(niǎo)N含量為60vol.%時(shí)殘余抗彎強(qiáng)度卻顯著提高,800℃,1000℃溫差熱震后的殘余抗彎強(qiáng)度分別為原始抗彎強(qiáng)度的134.5%,125.8%,表現(xiàn)出最優(yōu)的抗熱震性。BN-SiO2-Al2O3