原位反应制备SiC-B4C复相陶瓷材料

摘要

碳化硼陶瓷具有密度小、硬度高、高模量、高耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性好以及优良的中子吸收性能等特点，广泛应用于防弹材料、耐磨和自润滑材料、切割研磨工具、防辐射材料和原子反应堆控制和屏蔽材料等。碳化硼是共价键很强的陶瓷材料，共价键比例占90％以上，另外碳化硼的塑性较差，晶界移动阻力大，固态时表面张力小，这些决定了碳化硼是一种极难烧结的陶瓷材料。为了提高材料的性能，采用加入纳米第二相的方法，加入的纳米第二相主要存在于基体晶粒之间或基体颗粒之内，从而对陶瓷材料起到增韧补强的作用，也可以有效的提高材料的烧结活性。
　　 本文采用陶瓷前躯体原位反应法制备SiC-B4C复相陶瓷材料，其烧结工艺主要采用放电等离子烧结和热压烧结两种烧结方法，并对材料进行分析表征，研究其结构性能之间的关系。
　　 首先通过陶瓷前躯体聚碳硅烷热解制备SiC，在研究的过程中发现聚碳硅烷的热解产物包括SiC和C，为了除去产生的C，分别通过添加Si粉和B粉使之在一定的温度下与C反应生成相应的SiC和B4C，研究发现:在1500℃时，Si粉与C可以反应生成SiC，B粉和热解产物中的石墨原位反应生成B4C，在1400℃时B粉和C可以反应生成B4C，1900℃时，出现了一定的烧结现象。
　　 通过在聚碳硅烷中加入B粉，在840℃下热解后生成SiC/C/B复合粉末，再进行放电等离子烧结，最佳的烧结工艺参数为烧结温度1750℃，烧结时间为5min，烧结压力为30Mpa，致密度达到96.7％，硬度达到8.03GPa。比较原位反应制备的SiC/B4C复相陶瓷材料和采用SiC、B4C原始粉料直接烧结制备的SiC/B4C复相陶瓷材料，原位反应制备的SiC/B4C复相陶瓷可以得到更好的性能，同时降低了烧结温度。
　　 将840℃热解后生成SiC/C/B复合粉末进行热压烧结，最佳的热压烧结工艺为烧结温度1950℃，烧结时间为60min，烧结压力为30Mpa，致密度达到96.88％，硬度达到21GPa。热压原位反应制备的SiC/B4C复相陶瓷材料和SPS原位反应制备的SiC/B4C复相陶瓷材料比较，热压原位反应制备的SiC/B4C复相陶瓷材料可以得到更好的性能，烧结致密度和硬度均有显著的提高。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 复相陶瓷及其制备方法

1．2 B4C陶瓷概述

1．2．1 B4C结构及性能特点

1．2．2 B4C陶瓷及其制备

1．3 SiC陶瓷概述

1．3．1 SiC结构及性能特点

1．3．2 聚合物热解技术制备SiC

1．3．3 SiC陶瓷及其制备

1．4 SiC-B4C复相陶瓷的研究进展

1．5 本论文研究的主要内容及意义

第2章 实验方案

2．1 实验原料

2．2 实验方案

2．2．1 实验技术路线

2．2．2 实验流程

2．3 实验设备

2．4 基本性能测试方法

2．5 材料结构表征

第3章 聚碳硅烷热解后的除碳研究

3．1 实验方法

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验方法

3．2 聚碳硅烷的热解过程

3．3 复合粉体的表征分析

3．3．1 硅粉与石墨相反应温度的研究

3．3．2 硼粉与石墨相反应温度的研究

3．4 小结

第4章 放电等离子烧结制备SiC-B4C复相陶瓷

4．1 SiC／C／B复合粉体的制备

4．2 SPS烧结基础理论

4．3 SiC／B4C复相陶瓷的放电等离子烧结的工艺与分析

4．3．1 烧结温度对SiC／B4C复相陶瓷的影响

4．3．2 烧结时间对SiC／B4C复相陶瓷的影响

4．3．3 烧结压力对SiC／B4C复相陶瓷的影响

4．3．4 SiC／B4C原始粉料的烧结

4．4 小结

第5章 热压烧结制备SiC-B4C复相陶瓷

5．1 SiC-B4C复相陶瓷的热压烧结

5．1．1 SiC／C／B复合粉体的制备

5．1．2 SiC／B4C复相陶瓷的表征分析

5．2 小结

第6章 结论

参考文献

致谢