B4C微波合成技術(shù)及B4C-Al復(fù)合材料力學(xué)性能的研究.pdf

1、微波燒結(jié)技術(shù)不但具有節(jié)能、高效等優(yōu)勢(shì)，其高頻電磁場(chǎng)還能引起某些材料特異性的產(chǎn)生，因此成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)工業(yè)上合成碳化硼晶體產(chǎn)率低，雜質(zhì)多，能耗大，不符合資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展理念，若利用碳材料自身介質(zhì)損耗，結(jié)合微波燒結(jié)技術(shù)快速高效制備出碳化硼晶體，擴(kuò)寬碳化硼復(fù)合材料的應(yīng)用，將會(huì)對(duì)碳化硼行業(yè)產(chǎn)生極大的影響。
　　本課題采用微波加熱方式，以廉價(jià)的煤粉和硼酸為原料，在無(wú)氣氛保護(hù)的條件下，利用2.45 GHz的TE66

2、6單頻微波燒結(jié)爐成功制備出了不同形貌的B4C晶體，研究了加熱溫度、保溫時(shí)間和Na2CO3添加劑含量等條件對(duì)微波合成碳化硼粉體的影響，并分析了微波加熱過(guò)程中熱效應(yīng)行為；同時(shí)，利用粉末冶金真空熱壓的方法制備出性能優(yōu)良的碳化硼鋁基復(fù)合材料，并對(duì)燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間等工藝條件進(jìn)行了探究，分析了燒結(jié)樣品的斷裂類型，揭示了 B4C、Al界面結(jié)合機(jī)理。
　　結(jié)果表明：微波燒結(jié)能在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)碳化硼有效、快速的合成，微波特殊的體積加熱能使生成的

3、碳化硼依附于煤粉顆粒表面發(fā)生原位生長(zhǎng)，在1600℃時(shí)會(huì)形成邊長(zhǎng)小于150 nm、厚度約40 nm的碳化硼納米片，1700℃時(shí)形成直徑50 nm左右碳化硼球形顆粒，繼續(xù)增加溫度至1800℃，顆粒直徑增加為150 nm；隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，碳化硼納米片發(fā)生長(zhǎng)大交聯(lián)，碳化硼顆粒間會(huì)生成堆垛層錯(cuò)較多的晶須；同時(shí)，Na2CO3的分解增強(qiáng)了氣-固反應(yīng)機(jī)率，CO2氣體被電離形成空間熱點(diǎn)，促進(jìn)B、C原子之間界面反應(yīng)，當(dāng)Na2CO3含量達(dá)9 wt％經(jīng)過(guò)1

4、800℃燒結(jié)后，會(huì)形成中空“竹節(jié)”狀碳化硼晶體。
　　本文還利用粉末冶金熱壓燒結(jié)方法制備出碳化硼鋁基復(fù)合材料，最佳熱壓燒結(jié)工藝條件：熱壓壓力30 MPa，燒結(jié)溫度700℃，保溫45 min。在碳化硼鋁基復(fù)合材料制備過(guò)程中，濕法球磨混料使得鋁粉顆粒表面形成很薄的氧化鋁薄膜層，提高了Al與B2O3界面相容性；當(dāng)碳化硼含量為10 wt%時(shí)，碳化硼鋁基復(fù)合材料硬度最高達(dá)2.53 GPa，抗彎為350 MPa，其力學(xué)性能相比于傳統(tǒng)鋁合金制品