反應(yīng)熱壓法制備B-,4-C基輕質(zhì)復(fù)合材料的研究.pdf

1、在目前國(guó)內(nèi)外研究加入第二相彌散增韌B4C基復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,本文通過(guò)向B<,4>C基體中添加不同含量的Si<,3>N<,4>及微量相TiC和α-SiC,利用反應(yīng)熱壓法在較低的燒結(jié)溫度(1820-1920℃)下制備了一種新型B<,4>C基輕質(zhì)復(fù)合材料.具體研究?jī)?nèi)容如下:借助XRD、SEM、EDAX等測(cè)試手段分析了物相變化,結(jié)果表明:燒結(jié)前后物相發(fā)生變化,最終物相為B<,4>C、α-SiC、BN以及TiB<,2>,B<,4>C和α-SiC是

2、主晶相.由于B<,4>C和BN自身的晶化程度較低,導(dǎo)致主晶相B<,4>C的衍射峰始終很低,而B(niǎo)N的衍射峰也并不很明顯.其中TiC是不穩(wěn)定相,最終轉(zhuǎn)化為T(mén)iB<,2>.反應(yīng)熱壓中的主要反應(yīng)方程式:Si<,3>N<,4>+3B<,4>C=3SiC+4BN+8B在熱力學(xué)上是可行的,實(shí)質(zhì)反應(yīng)過(guò)程以Si<,3>N<,4>的分解及B<,4>C的原子擴(kuò)散為前提;Si<,3>N<,4>的相變、分解及其它化學(xué)反應(yīng)都高于1450℃;真空狀態(tài)(真空度為6×1

3、0<'-2>Pa)下,Si<,3>N<,4>的起始分解溫度為1560℃左右.復(fù)合材料大部分致密度都高于92%,反應(yīng)過(guò)程中Si<,3>N<,4>分解出的N<,2>導(dǎo)致氣孔不可能完全消除;反應(yīng)熱,晶粒細(xì)化以及添加劑導(dǎo)致液相燒結(jié)促進(jìn)了燒結(jié)致密化:各反應(yīng)熱量的集聚加速液相的生成,促進(jìn)傳質(zhì)過(guò)程從而達(dá)到致密化;粉體粒徑小且分布集中,縮短了原子擴(kuò)散距離和提高了顆粒在液相中的溶解度從而加速燒結(jié);真空燒結(jié)可改善熔融液相YAG對(duì)固相的潤(rùn)濕,YAG的實(shí)際熔點(diǎn)

4、低于1760℃,液相的生成能提供快速擴(kuò)散的通道,降低材料的粘度,加速傳質(zhì)的同時(shí)促進(jìn)晶粒粗化以達(dá)到致密化.反應(yīng)熱壓法制備的B<,4>C基復(fù)合材料比單相B<,4>C強(qiáng)度和韌性分別提高了34%和87%.其中兩步法燒結(jié)的試樣BS3-3在本體系中綜合性能最好,致密度為95.6%,強(qiáng)度和韌性分別為520 MPa和5.6 MPa·m<'1/2>.采用兩步法燒結(jié),目的是促進(jìn)反應(yīng)的充分進(jìn)行,較多的彌散相可阻礙晶粒的長(zhǎng)大,同時(shí)促進(jìn)液相的塑性流動(dòng),完成材料的

5、最終致密化,保證其較高的力學(xué)性能.利用SEM以及TEM手段觀察材料的微觀結(jié)構(gòu):利用衍射斑點(diǎn)分析確定出主晶相為B<,4>C;長(zhǎng)棒狀彌散相α-SiC成一定的架狀結(jié)構(gòu),在材料中起起到連接、填隙及強(qiáng)化晶界作用,其韌化機(jī)理類(lèi)似于纖維或晶須;束狀相BN的存在弱化了晶界,降低了材料的強(qiáng)度;層片狀結(jié)構(gòu)的定向排列主要決定于燒結(jié)工藝以及本身的晶體結(jié)構(gòu).B<,4>C基復(fù)合材料的斷裂方式是沿晶斷裂與穿晶斷裂的結(jié)合,以沿晶斷裂為主.單相B<,4>C裂紋擴(kuò)展平直,