ZrB2-SiC-Nb疊層復(fù)合材料的制備與性能.pdf

1、ZrB2具有低理論密度、高熔點(diǎn)、高硬度、高彈性模量、高抗彎強(qiáng)度、低電阻率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等種種優(yōu)良性能。ZrB2與SiC復(fù)合后兼具優(yōu)良的抗氧化能力，被期望廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事等領(lǐng)域。但是，ZrB2-SiC復(fù)相陶瓷的缺點(diǎn)也非常明顯，即陶瓷的斷裂韌性低（4-5MPa·m1/2），這極大程度地限制了ZrB2-SiC陶瓷的應(yīng)用。因此改變其斷裂韌性成為當(dāng)前研究的一個(gè)重要工作。
　　與難熔金屬?gòu)?fù)合是大幅度提高超高溫陶瓷韌性又不明顯降低其

2、使用溫度的一種途徑。但ZrB2、SiC與難熔金屬?gòu)?qiáng)烈反應(yīng)使金屬失去增韌作用。本論文采用在超高溫陶瓷基體ZrB2-25％vol SiC與難熔金屬Nb間鍍不與基體和金屬?gòu)?qiáng)烈反應(yīng)的ZrC，阻隔它們之間的反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)二者的復(fù)合。
　　首先利用電場(chǎng)活化燒結(jié)爐制備了致密度較高的直徑為50mm的純ZrC陶瓷靶材。研究了燒結(jié)條件對(duì)靶材致密度的影響：ZrC陶瓷靶材的致密度隨著燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力的升高而增加，隨著升溫速率的提高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在

3、1900℃、30MPa、100℃/min的工藝參數(shù)下得到了致密度96.3%的ZrC陶瓷靶材。
　　其次，利用磁控濺射在不同溫度下、不同時(shí)間下沉積了 ZrC薄膜，研究了沉積條件對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的影響。薄膜的沉積速率隨著溫度升高而降低，薄膜的結(jié)晶性隨溫度升高而增強(qiáng)，致密度隨著溫度的升高而增大。在500℃時(shí)薄膜致密度達(dá)到了74%。
　　緊接著采用等離子活化燒結(jié)，以上述工作中制備好的鍍有 ZrC薄膜的金屬Nb箔做為中間層材料，與ZrB2-

4、25vol%SiC的粉末以疊層的方式在不同溫度下進(jìn)行燒結(jié)。研究了燒結(jié)溫度對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。在1600℃的燒結(jié)溫度以下都有少許金屬 Nb相的殘留，但復(fù)相陶瓷的結(jié)構(gòu)不致密，陶瓷的的機(jī)械性能很差，即使有金屬Nb相的殘留斷裂韌性也不高，只有7.1MPa·m1/2。當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1800℃時(shí)ZrB2-SiC陶瓷雖然燒結(jié)致密但是中間層的Nb箔幾乎被完全反應(yīng)，斷裂韌性值僅有6.3MPa·m1/2，增韌效果不明顯。
　　然后采用等離子活

5、化燒結(jié)先制備出致密的ZrB2-SiC復(fù)相陶瓷塊體材料，再分別與鍍有ZrC薄膜的金屬Nb箔和純Nb箔材料以疊層方式進(jìn)行燒結(jié)。研究了燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力、保溫時(shí)間以及ZrC膜對(duì)ZrB2-SiC/Nb疊層材料的影響。ZrB2-SiC/Nb疊層材料中，保留下來(lái)的金屬層厚度以及材料斷裂韌性隨著燒結(jié)溫度的升高而降低，隨著燒結(jié)壓力的提高而減少，隨著保溫時(shí)間的增加而降低。ZrC薄膜對(duì)減弱Nb與陶瓷基體反應(yīng)有一定的作用。燒結(jié)溫度1500℃、燒結(jié)壓力10MP