B4C-LAS和LAS-B4C復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、本文采用溶膠凝膠法結(jié)合真空熱壓燒結(jié)工藝制備了碳化硼（B4C）增強(qiáng)的鋰鋁硅微晶玻璃復(fù)合材料（B4C/LAS），系統(tǒng)地研究了燒結(jié)過(guò)程中碳化硼與鋰鋁硅基體的固相反應(yīng)，闡明了碳化硼含量與燒結(jié)溫度對(duì)B4C/LAS微晶玻璃復(fù)合材料物相組成、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和熱學(xué)性能的影響。并且初步探索了LAS作為助燒劑對(duì)碳化硼燒結(jié)性能的影響。本文所取得的主要研究成果概述如下：
　　以 Al(NO3)3?9H2O、LiNO3和mSiO2?nH2O為原材料采用

2、溶膠凝膠法制備了鋰鋁硅前驅(qū)體凝膠粉。通過(guò)真空熱壓燒結(jié)工藝制備了不同碳化硼含量的LAS微晶玻璃復(fù)合材料。B4C/LAS微晶玻璃復(fù)合材料的致密度隨著溫度的升高而升高，添加碳化硼能提高材料的致密度。不添加碳化硼，LAS微晶玻璃的晶相組成為β-鋰輝石和一硅酸鋰。添加碳化硼能夠抑制一硅酸鋰的形成，促進(jìn)β-鋰輝石的析出。碳化硼含量為10wt.％時(shí)，B4C/LAS微晶玻璃復(fù)合材料中的β-鋰輝石晶相含量達(dá)到極大值，平均晶粒尺寸為2.0～2.5μm。

3、r>　　從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面討論了燒結(jié)過(guò)程中碳化硼和LAS基體發(fā)生的固相反應(yīng)，結(jié)果表明反應(yīng)生成了氧化硼和LiC6插層化合物。根據(jù)碳化硼含量的不同，反應(yīng)生成物的含量和存在形式不同。當(dāng)碳化硼含量為5wt.%時(shí)，碳化硼基本完全被反應(yīng)消耗掉形成氧化硼。當(dāng)碳化硼含量為10wt.%時(shí)，碳化硼周圍會(huì)形成一層LiC6晶體層。碳化硼含量為15wt.%時(shí)，反應(yīng)形成的氧化硼玻璃相會(huì)包裹著碳化硼顆粒。
　　研究了碳化硼含量和燒結(jié)溫度對(duì)微觀組織結(jié)構(gòu)、界面形

4、態(tài)、力學(xué)和熱學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)形成的氧化硼在高溫下以液相形式存在，能夠填充到基體中的空隙內(nèi)，提高微晶玻璃復(fù)合材料的致密度。并且能夠作為元素的擴(kuò)散通道，促進(jìn)LAS微晶玻璃的晶化。碳化硼主要分布在微晶玻璃的晶界玻璃相中，隨著碳化硼含量的增加，碳化硼和LAS基體玻璃相的界面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。當(dāng)碳化硼和LAS基體的界面層為L(zhǎng)iC6插層化合物時(shí)，LiC6晶體層會(huì)使擴(kuò)展過(guò)來(lái)的裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)，增加裂紋的擴(kuò)展路徑，表現(xiàn)出較高抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。11

5、00℃熱壓燒結(jié)的碳化硼含量為10wt.%的B4C/LAS微晶玻璃復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性最好，分別為160.58±18.86MPa和2.7±0.27MPa?m1/2，相較于該溫度下碳化硼含量為0wt.%的B4C/LAS微晶玻璃，提高了45.54%和68.7%。隨著熱壓溫度的升高，材料的致密度與析晶度隨著提升，減小了熱量傳遞過(guò)程中受到的阻礙作用，B4C/LAS微晶玻璃復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨之升高。B4C/LAS微晶玻璃復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)