ZrB2粉体的反应合成工艺研究

摘要

本文以ZrO2、SiC和B2O3为原材料，探讨了ZrB2的一种新反应合成途径。主要研究了B2O3含量、反应工艺和添加剂对反应产物的物相、组织形貌及对ZrB2晶体生长行为的影响规律。通过热力学理论计算，TG与MS、IR联动测试，分析该种新型合成途径的可行性，利用XRD、SEM、EDS和TEM等分析测试手段对产物的物相及组织形貌等做深入分析。
　　热力学计算、综合热分析(TG-MS-IR)测试结果均证明该反应可以合成ZrB2，且伴随有CO、CO2等气相物质产生。反应温度点有两个，分别在1200℃和1800℃左右。经实验验证，1200℃左右时反应先放出CO2气体，再由CO2向CO转化。
　　当合成温度为1500℃时，ZrB2颗粒形貌随B2O3含量的增加，由近等轴状演化为棱边逐步分明的近立方体形貌，且颗粒尺寸由几百微米长大至2μm左右。而合成温度为1600℃时，B2O3含量对ZrB2颗粒形貌几乎无影响，仅仅促进了ZrB2晶体的长大。此外，B2O3含量的增加有利于ZrB2生成量的增加，并有利于ZrB2的择优取向生长。
　　增加反映时间有利于反应的进行，提高了ZrB2生成量。但反应时间为7h时反应量达到最大值，过度延长反应时间使ZrB2生成量有所降低。CO还原气氛有利于ZrB2的生成，而CO2气氛则对反应起到十分明显的抑制作用，但是CO和CO2都可大大抑制晶粒的长大。
　　在真空条件下，反应进行程度最大，ZrB2的生成量最多。加入添加剂B后，不仅可以提纯ZrB2，还可以改变ZrB2的形貌，使之长成板片状或者柱状。在1700℃时，添加剂Si的引入使得ZrB2晶粒沿某一方向的台阶式层生长愈发明显，且B的引入使得ZrB2晶粒产生取向生长的趋势。
　　B2O3过量100％的复合粉体在1500oC反应得到的近立方体形貌的ZrB2晶体，其优先生长晶面分别为(0001)、(1010)和(1210)。对热压和无压烧结得到的XRD图谱分析后，得到垂直于ZrB2晶面的生长速度为：热压烧结条件下，(1010)>(1011)>(0001)；无压烧结条件下，(0001)>(1011)>(1010)。压力使得ZrB2晶体沿c轴方向的晶面生长最慢，因而也最易保留在晶体上。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 ZrB2粉体的合成及制备机理

1.3 ZrB2晶体的生长及机理

1.4 本课题的主要内容

第2章 试验材料及研究方法

2.1 试验用原材料

2.2 复合材料的设计及制备工艺

2.3 物相与显微组织分析

2.4 热物理性能分析

第3章 ZrB2粉体反应途径及其验证

3.1 ZrB2的反应合成途径

3.2 B2O3含量对Zr B 2粉体物相及组织形貌的影响

3.3 本章小结

第4章 ZrB2粉体的合成工艺研究

4.1 反应温度对ZrB2粉体物相及组织形貌的影响

4.2 反应时间对ZrB2粉体物相及组织形貌的影响

4.3 本章小结

第5章 ZrB2粉体的合成工艺优化

5.1 反应气氛对ZrB2物相及组织形貌的影响

5.2 真空环境中反应合成Zr B 2的工艺研究

5.3 添加剂含量对合成ZrB2物相和组织形貌的影响

5.4 添加剂种类对ZrB2-SiO2物相及组织形貌的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢