原位合成ZrB颗粒增强BC基陶瓷复合材料

摘要

该实验用牡丹江磨料二厂生产的3.5μm的碳化硼粉末,加入不同含量的ZrO<,2>微粉和C(化学计量比),进行原位合成ZrB<,2>/B<,4>C陶瓷复合材料.并通过对密度、收缩率的研究,确定了原位合成烧结的最佳工艺为:1600℃×60min+2060℃×30min.通过调整ZrO<,2>微粉和C的加入量改变ZrB<,2>的体积百分比,研究了第二相体积百分数和原位合成工艺对材料密度、硬度、抗折强度、断裂韧性、显微组织和断口形貌等的影响.实验结果表明,①随着烧结温度的增加,材料的密度先增加后降低.在2060℃、ZrB<,2>的体积百分比为6％时,材料的密度达到最大值,为2.53g/cm<'3>,约为理论密度的93.2％.材料的硬度则随着温度的升高而增大,逐渐趋于平稳,在2070℃时达到最大值(40.5GPa).材料的断裂韧性随着温度的变化与密度相反,先呈现明显的下降趋势后略有升高,从2000℃时的4.04MPa·m<'1/2>降为2060℃时的2.36MPa·m<'1/2>.②随着第二相ZrB<,2>体积百分数的增加,材料的密度和硬度均是先降低后增大,在ZrB<,2>体积百分数为7％时,密度和硬度均达到最小值,分别为92.4％T.D.和29GPa,随着ZrB<,2>体积百分数的增加达到16v％时,密度和硬度均达到该次实验的最大值,分别为94％T.D.和46.8GPa.断裂韧性则随第二相含量的增多而增大,在2060℃下,从ZrB<,2>体积百分含量为6％时的2.36MPa.m<'1/2>上升为ZrB<,2>体积百分含量为16％时的3.10MPa·m<'1/2>.通过对材料显微组织观测和力学性能分析,确定了由B<,4>C基体和ZrB<,2>颗粒热膨胀系数不匹配导致的残余应力以及ZrB<,2>使得晶粒细化是ZrB<,2>/B<,4>C复合陶瓷补强增韧的主要原因.论文对B<,4>C陶瓷补强增韧的研究及生产具有一定的理论指导意义和实用价值.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1材料概述

1.1.1材料概述

1.1.2复合材料概述

1.1.3先进结构陶瓷材料概述

1.2碳化硼陶瓷综述

1.2.1碳化硼陶瓷的结构与特点

1.2.2碳化硼粉末的合成

1.2.3碳化硼陶瓷的烧结致密化

1.2.4碳化硼的韧化

1.2.5碳化硼陶瓷的应用与发展

1.3本论文的研究内容及意义

第二章实验过程

2.1实验目的

2.2实验原料

2.3实验设备

2.4实验过程

2.4.1实验方法的选定

2.4.2热力学计算

2.4.3混料

2.4.4成形

2.4.5 B4C复合陶瓷的烧结过程

2.5材料性能的测试

2.5.1 B4C复合陶瓷的X射线物相分析

2.5.2 B4C复合陶瓷试样收缩率的测定

2.5.3 B4C复合陶瓷密度和气孔率的测定

2.5.4 B4C复合陶瓷硬度的测定

2.5.5 B4C复合陶瓷样品抗折强度的测定

2.5.6 B4C复合陶瓷断裂韧性的测量

2.5.7 B4C复合陶瓷显微组织的观测

第三章实验结果与分析

3.1反应体系的热力学分析及烧结工艺

3.2 ZrB2/B4C陶瓷材料的显微组织

3.2.1温度对ZrB2/B4C陶瓷材料显微组织的影响

3.2.2成分对ZrB2/B4C陶瓷材料显微组织的影响

3.3不同ZrB2体积含量下复合材料断口显微结构分析

3.4 ZrB2/B4C陶瓷材料密度的影响

3.4.1温度对ZrB2/B4C陶瓷材料相对密度的影响

3.4.2保温时间对ZrB2/B4C陶瓷材料相对密度的影响

3.4.3成分对ZrB2/B4C陶瓷材料相对密度的影响

3.5 ZrB2/B4C陶瓷材料硬度的分析

3.5.1烧结温度对ZrB2/B4C陶瓷材料硬度的影响

3.5.2成分对ZrB2/B4C陶瓷材料硬度的影响

3.6成分对ZrB2/B4C陶瓷材料抗折强度的影响

3.7 ZrB2/B4C陶瓷材料的断裂韧性

3.7.1烧结温度对ZrB2/B4C陶瓷材料断裂韧性的影响

3.7.2 ZrB2含量对ZrB2/B4C陶瓷材料断裂韧性的影响

第四章结论

致谢

参考文献