ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體燃燒合成的機理研究.pdf

1、本文利用燃燒波淬熄法重點研究了ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體燃燒合成的反應(yīng)機理，未反應(yīng)區(qū)、反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)完成區(qū)在淬熄試樣中被保存。用Fact-Sage軟件從熱力學(xué)的角度分析了ZrO2-B2O3-Al體系中各個反應(yīng)發(fā)生的可能性。用X射線衍射儀(XRD)分析了反應(yīng)燃燒合成產(chǎn)物的物相組成。用可變真空度熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)觀察了燃燒合成反應(yīng)過程中的顯微組織轉(zhuǎn)變過程，用能譜儀(EDS)分析了各微區(qū)的成分變化，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對燃燒溫

2、度和燃燒波蔓延速度進行了測量。用差熱-熱重(DTA-TG)分析了B2O3-Al、ZrO2-Al和ZrO2-B2O3-Al三個體系中的熱效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上可以提出ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體燃燒合成的機理。結(jié)果表明，從熱力學(xué)角度上，ZrO2-B2O3-Al體系的絕熱溫度為2327K，滿足Merzhanov提出的試樣中燃燒波能夠自維持的理論依據(jù)，并且在一定溫度范圍(300～1800K)內(nèi)，B2O3-Al、ZrO2-Al、Zr-B和ZrO2-B

3、2O3-Al體系中的反應(yīng)都存在發(fā)生反應(yīng)的可能性(△Go＜0)。分析結(jié)果表明，ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體的燃燒合成的反應(yīng)過程可以用反應(yīng)-溶解-析出機制來描述?？梢缘玫饺紵铣煞磻?yīng)始于 B2O3和Al的熔化，并形成ZrO2-B2O3-Al熔液，體系發(fā)生反應(yīng)的初始溫度為1073K，然后B和Al2O3從熔液中析出，隨著燃燒合成反應(yīng)的進行，ZrO2與Al發(fā)生鋁熱反應(yīng)，熔液中析出Zr和Al2O3，Zr與B直接反應(yīng)生成ZrB2，最終得到ZrB2-A

4、l2O3復(fù)合粉體。并且Al2O3比ZrB2優(yōu)先形成。此外，可以描繪出相應(yīng)于溶解-析出機制的反應(yīng)模型。另外，原材料的揮發(fā)對燃燒合成產(chǎn)物的物相組成具有重要的影響，結(jié)果表明：在化學(xué)計量比的基礎(chǔ)上，ZrO2-B2O3-Al體系燃燒合成產(chǎn)物為ZrB2，Al2O3，以及少量的 ZrO2。當(dāng)原料中B2O3過量時，產(chǎn)物中還可以得到 Al4B2O9相。當(dāng)原料中Al含量逐漸增加時，產(chǎn)物中Al含量也逐漸增加。當(dāng)原料中ZrO2、B2O3和Al按化學(xué)計量比3:3