低膨脹ZrO2-ZrW2O8陶瓷基復(fù)合材料研究.pdf

1、在航空航天領(lǐng)域，材料的熱膨脹系數(shù)是高性能材料的一個很重要的性能。在一些高溫材料的制備過程中，由于各組分熱膨脹系數(shù)的不匹配，材料內(nèi)部容易產(chǎn)生裂紋、應(yīng)力集中、機(jī)械性能遭到破壞等問題。負(fù)膨脹或低膨脹復(fù)合材料的研究發(fā)展，在材料領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價值。由于ZrW2O8在寬溫度范圍內(nèi)有著各向同性的負(fù)膨脹性能，而ZrO2與ZrW2O8的熱膨脹系數(shù)的絕對值相近且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。本文在ZrO2中添加一定量的ZrW2O8或WO3，通過調(diào)整制備工藝，制備出致

2、密度較好的低膨脹ZrO2/ZrW2O8陶瓷基復(fù)合材料。
　　本文研究了兩種配方分別在不同溫度下熱壓燒結(jié)中得到的復(fù)合材料的性能：采用直接混料（ZrO2+ZrW2O8）和原位反應(yīng)（ZrO2+WO3）兩種配方均在1200℃和1215℃兩種溫度下熱壓燒結(jié)，都能制備密度較高的ZrO2/ZrW2O8陶瓷基復(fù)合材料，復(fù)合材料的密度最高達(dá)到5.55 g/cm3；直接混料粉在1200℃熱壓燒結(jié)3 h，或在1215℃熱壓6 h，所得到的復(fù)合材料密度差

3、別不大，約為5.20 g/cm3；由于原位反應(yīng)法合成ZrW2O8陶瓷時有殘余WO3的存在，與直接混料法相比，還不足以體現(xiàn)“原位反應(yīng)+熱壓燒結(jié)法”工藝路線的優(yōu)越性。而且1200℃燒結(jié)時，直接混料法中ZrW2O8的分解率高，所以，調(diào)整工藝路線后的燒結(jié)溫度為1215℃。
　　本文研究了兩種配方冷等靜壓以后在同一溫度下熱壓燒結(jié)與無壓燒結(jié)得到的復(fù)合材料的性能。采用直接混料（ZrO2+ZrW2O8）和原位反應(yīng)（ZrO2+WO3）兩種配方壓坯成

4、型后，為了提高復(fù)合材料的致密度，促進(jìn)原位反應(yīng)進(jìn)行的更加完全，坯體先經(jīng)過冷等靜壓，壓力為200 MPa，然后在1215℃熱壓或者無壓燒結(jié)，復(fù)合材料燒結(jié)后的致密度接近理論致密度；直接混料法與原位反應(yīng)法相比，采用直接混料法燒結(jié)得到的材料中ZrW2O8的分解率低，熱膨脹系數(shù)小。無論是直接混料法還是原位反應(yīng)法，熱壓燒結(jié)都比無壓燒結(jié)得到的材料致密度高，ZrW2O8的分解率低，材料的熱膨脹系數(shù)小。采用不同的冷卻方式制備了ZrO2/ZrW2O8復(fù)合材料

5、并研究了其性能。采用直接混料（ZrO2+ZrW2O8）和原位反應(yīng)（ZrO2+WO3）兩種配方壓坯成型后，在200 Mpa下經(jīng)過冷等靜壓，而后在1200℃進(jìn)行無壓燒結(jié)，燒結(jié)完畢，把燒結(jié)試樣從高溫爐中取出，最后分別在空氣中和水中冷卻得到復(fù)合材料。無論是直接混料法還是原位反應(yīng)法，空冷得到的復(fù)合材料致密度高，ZrW2O8的分解率低，熱膨脹系數(shù)??；原位反應(yīng)法得到的復(fù)合材料的致密度為5.57 g/cm3,瞬時熱膨脹低至2.0×10-6/k，抗彎曲強(qiáng)