B4C-W2B5复合陶瓷的原位反应制备及其强韧化机理

摘要

碳化硼(B4C)陶瓷因致密化烧结温度高(＞2200℃)和断裂韧性与硬度不匹配的关键问题而阻碍了其广泛应用.为了解决以上问题,本文提出采用粉末冶金法(P/M)通过石墨粉(Gr)与硼粉(B)之间的原位反应(in-situ)以降低其致密化烧结温度;同时通过添加碳化钨(WC)以生成板条状的五硼化二钨(W2B5)来提高其断裂韧性的研究思路,制备B4C-W2B5复合陶瓷.实验以硼(B)粉、石墨(Gr)粉以及碳化钨(WC)粉为原料,经过行星式高能球磨制备混合粉末,然后采用放电等离子烧结法(Spark plasma sintering,SPS)在烧结工艺为:压力30MPa、烧结温度1100℃～1550℃～1700℃三步保温、烧结时间5 min～5 min～6 min的条件下对混合粉末进行固化烧结,分析了W2B5含量对复合陶瓷的微观结构和力学性能的影响,并对增韧机理进行了探讨.结果 表明:当产物中B4C:W2B5=4:1(摩尔比),在1700 ℃下烧结,硬度和断裂韧性能够相平衡,致密度可达到100％,硬度为37.9 GPa,断裂韧性可达7.8 MPa·m1/2.