超高溫陶瓷B-C-Si-Zr-O部分體系相關(guān)系的研究.pdf

1、超高溫陶瓷材料（UHTCs）是指在超高溫環(huán)境下具有優(yōu)良力學(xué)、熱學(xué)、抗熱震和抗氧化性能的以金屬鋯和鉿的碳化物和硼化物為主的陶瓷材料。超高溫陶瓷材料是新型空間飛行器及運(yùn)載工具、戰(zhàn)略導(dǎo)彈研制中的關(guān)鍵材料，在空間技術(shù)發(fā)展和國防現(xiàn)代化進(jìn)程中占有不可替代的地位。有關(guān)UHTCs的研究是目前材料界新興的焦點(diǎn)研究課題。本論文結(jié)合國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（No：50632070）：超高溫陶瓷相圖、材料制備與微結(jié)構(gòu)控制的研究，通過實(shí)驗(yàn)測定和相圖計(jì)算方法（CA

2、LPHAD）對B-C-Si-Zr-O五元系的部分相平衡關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究： （1）重新評估了B-Zr和Si-Zr二元系的相圖和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，運(yùn)用CALPHAD技術(shù)重新對這兩個(gè)體系進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化與計(jì)算。所有計(jì)算結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。 （2）應(yīng)用合金法，采用DSC測試方法和X-射線粉末衍射分析，實(shí)驗(yàn)測得B-Si二元系富硅端共晶反應(yīng)溫度為1636K；1253K下成分為7at.％B-93at.％Si的合金相組成為：B3Si和S

3、i端際固溶體。通過評估最新文獻(xiàn)中有關(guān)相圖和熱力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)信息，重新優(yōu)化計(jì)算了B-Si二元系，計(jì)算相圖和熱力學(xué)性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相一致。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的B-C-Si三元系的相平衡關(guān)系和零變量反應(yīng)信息，優(yōu)化計(jì)算了B-C-Si三元系，獲得了一組合理自洽的熱力學(xué)參數(shù)。計(jì)算得到的B-C-Si三元系的垂直截面、等溫截面和零變量反應(yīng)均與報(bào)道數(shù)據(jù)結(jié)果相吻合。 （3）采用歧化反應(yīng)方法制備了C-SiC-ZrC復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)確定了C-Si-Z

4、r三元系在1473K的部分相平衡關(guān)系。根據(jù)本文實(shí)測和文獻(xiàn)報(bào)道的相平衡關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化計(jì)算了C-Si-Zr三元系。計(jì)算得到C-Si-Zr三元系的等溫截面與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。 （4）優(yōu)化和計(jì)算了B-C-Zr三元系相圖。其中假想化合物ZrC2和ZrB的OK形成焓（OKHZrB2Zr：C和OKHZrCxZr：B）通過第一原理計(jì)算得到。計(jì)算得到的B-C-Zr三元系等溫截面和垂直截面均與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，計(jì)算的部分零變量反應(yīng)與文獻(xiàn)報(bào)道的計(jì)

5、算結(jié)果一致。在相圖熱力學(xué)計(jì)算和局部平衡原理的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算比較界面處局部平衡時(shí)各相形成驅(qū)動力的大小和考慮界面組元擴(kuò)散的因素，較好地解釋了文獻(xiàn)報(bào)道的液態(tài)鋯與碳化硼界面反應(yīng)產(chǎn)物以及反應(yīng)機(jī)理。 （5）采用合金法，借助金相、掃描電子顯微鏡和X-射線衍射分析等檢測分析手段，實(shí)驗(yàn)測定了B-Si-Zr三元系在1253K下富Zr側(cè)的相關(guān)系和電弧爐熔樣的鑄態(tài)相組成。根據(jù)本文實(shí)測數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)報(bào)道的相平衡關(guān)系和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，優(yōu)化計(jì)算了B-Si-Zr三元

6、系，獲得了一組合理自洽的熱力學(xué)參數(shù)。 （6）采用固相反應(yīng)法燒結(jié)制備了33.33at.％B2O3-66.67at.％ZrO2和60at.％B2O3-40at.％ZrO2兩個(gè)樣品，分別在1073K和623K溫度退火7天。X-射線衍射顯示退火后的樣品中只有m_ZrO2和B2O3兩個(gè)相，沒有出現(xiàn)新相，表明該二元系不存在中間化合物。然后，通過評估文獻(xiàn)中有關(guān)相圖和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，優(yōu)化計(jì)算了B2O3-SiO2-ZrO2三元系的三個(gè)邊際贗二元體系，