電弧熔化法原位合成ZrB2-SiC復(fù)合材料.pdf

1、為解決傳統(tǒng)固態(tài)燒結(jié)方法下制備ZrB2-SiC復(fù)合材料存在的諸多局限性如:制備條件苛刻,對(duì)初始粉末狀態(tài)要求嚴(yán)格、需添加燒結(jié)助劑以及制備材料的力學(xué)性能偏低等,本研究提出并采用電弧熔化原位合成法制備ZrB2-SiC復(fù)合材料,目的是制備出新型結(jié)構(gòu)、高力學(xué)性能的ZrB2-SiC材料。
　　電弧熔化原位合成法的原理是:在高能量密度的熱源與反應(yīng)材料相互作用下,在熔體中發(fā)生超高溫反應(yīng)來(lái)一步生成目標(biāo)產(chǎn)物。通過(guò)控制材料組分及凝固過(guò)程的熱擴(kuò)散方向來(lái)控制

2、材料的結(jié)構(gòu)形貌,從而得到具有優(yōu)異性能的超高溫復(fù)合材料。本研究以Zr,B4C及SiC為反應(yīng)原料、鎢極氬弧為熱源,成功制備出具有新型結(jié)構(gòu)的ZrB2-SiC復(fù)合材料并對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了深入表征與分析。
　　本研究通過(guò)XRD,SEM及EDS對(duì)ZrB2–37mol％SiC材料橫截面的成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:ZrB2-SiC材料中存在織構(gòu)狀及塊狀結(jié)構(gòu)?？棙?gòu)區(qū)中含有方向性排列的ZrB2晶粒,這些晶粒緊密鑲嵌于SiC基體中。用壓痕法

3、對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。98N壓力載荷下測(cè)得材料維氏硬度值 HV10為24.0±0.8GPa,基于日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JISR1607)計(jì)算得到的斷裂韌度值 KIC為6.7±0.7 MPa m1/2。與用傳統(tǒng)方法制備的ZrB2-SiC復(fù)合材料相比,電弧熔化法原位合成的ZrB2-SiC材料具有更好的力學(xué)性能。結(jié)合ZrB2-SiC體系二元相圖,SEM及EDS分析得出材料中的織構(gòu)狀結(jié)構(gòu)為ZrB2-SiC共晶體,而塊狀結(jié)構(gòu)多為ZrB2先析出相。顯

4、微力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明織構(gòu)狀的共晶組織對(duì)ZrB2-SiC材料強(qiáng)度和韌性的提升具有重要作用。
　　本研究以ZrB2–48mol%SiC材料為研究對(duì)象,對(duì)ZrB2-SiC材料各向異性特性進(jìn)行了探究。SEM表征發(fā)現(xiàn)材料在不同截面展現(xiàn)出各向異性的組織形貌:在與電弧加工表面平行的截面上有迷宮狀織構(gòu)組織,而在與其垂直的截面上發(fā)現(xiàn)有取向的織構(gòu)組織。XRD結(jié)果也證實(shí)ZrB2晶粒在材料中有取向特征,ZrB2晶粒沿垂直于(001)晶面的c–axis方