ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料组织结构与性能研究

摘要

本文以h-BN、非晶SiO2、ZrO2粉体为原料，在不同烧结温度条件下热压烧结制备了不同组分的ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料。利用XRD、SEM、TEM等分析手段和三点弯曲、单边切口法、淬水热震和等离子体发动机等离子体羽流侵蚀等技术，系统研究了烧结温度和ZrO2含量对其显微组织、力学性能、热学性能、抗热震性能和抗等离子体侵蚀性能的影响规律及机理。
　　结果表明，经热压烧结制备的陶瓷复合材料中，主要由h-BN、(m-ZrO2+t-ZrO2)和非晶SiO2组成，未发现引起材料性能下降的ZrSiO4相生成。h-BN晶粒为层片状，大量片层状BN的周围填充着非晶SiO2，同时还能看到少量的ZrO2颗粒。随ZrO2含量的增加，复合材料中t-ZrO2的相对含量逐渐增加。
　　随着烧结温度提高，复合材料的致密度提高，最高达到97.5％。复合材料的抗弯强度、弹性模量和断裂韧性也随烧结温度的提高而增大的，1800℃烧结的材料可以达到229.9MPa、60.8GPa和3.55MPa·m1/2；随ZrO2含量的增加，复合材料的致密度、抗弯强度、弹性模量增加，ZrO2体积含量为20%时，其数值分别为96.63%、320.6MPa、92.3GPa，而复合材料的断裂韧性则呈现先升高后下降的趋势，ZrO2体积含量为15%时达到最大值3.6MPa·m1/2。
　　随烧结温度的提高和ZrO2含量的降低，复合材料热扩散系数和热导率逐渐升高；烧结温度对材料的热膨胀系数影响不大，而ZrO2含量的增加则使复合材料热膨胀系数呈现上升的趋势。该系陶瓷复合材料热震后强度均有所降低，随烧结温度的提高，复合材料的抗热震性有大幅度的升高，烧结温度为1800℃时，1100℃温差热震后的残余抗弯强度仍能保持其原始抗弯强度的79.3%。
　　ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料表现出良好的抗等离子体侵蚀性能，随烧结温度的提高，材料的抗等离子体侵蚀性能逐渐提高，1800℃烧结的复合材料其侵蚀速率为8.03×10-3mm/h；ZrO2含量增加，材料的抗等离子体侵蚀性能先降低后升高，当其体积含量达到20%时，其侵蚀速率为1.48×10-2mm/h。

目录

ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料组织结构与性能研究

MICROSTRURE AND PROPERTIES OF ZrO2p(3Y)/BN-SiO2 CERAMIC COMPOSITES

摘 要

Abstract

目 录

绪论

1.1 课题背景

1.2 Hall推进器通道用陶瓷材料研究进展

1.3 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料研究进展

1.4 研究的目的、意义和内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 试验用原材料

2.2 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料制备

2.3 试验研究方法

第3章 烧结温度对ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料组织与性能的影响

3.1 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2复合材料物相及组织结构

3.2 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料的力学性能

3.3 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料的热学性能

3.4 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料的抗热震性

3.5 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料抗等离子体侵蚀性能

3.6本章小结

第4章 ZrO2含量对ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料组织与性能的影响

4.1 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2复合材料物相及组织结构分析

4.2 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料的力学性能

4.3 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料的热学性能

4.4 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料抗热震性

4.5 ZrO2p(3Y)/BN-SiO2陶瓷复合材料抗等离子体侵蚀性能

4.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢