工藝參數(shù)對自蔓延高溫合成ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體的影響.pdf

1、本文采用自蔓延高溫合成工藝，利用ZrO2-B2O3-Al體系放熱反應(yīng)，成功制備了高性能的ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體。從理論上計(jì)算了ZrO2-B2O3-Al體系的絕熱溫度和各反應(yīng)的吉布斯自由能，用差熱法-熱重法分析了反應(yīng)過程中的物理化學(xué)變化。探究了氬氣壓力、ZrO2粒度、Al粉粒度對燃燒合成的燃燒參數(shù)、產(chǎn)物相組成和產(chǎn)物的微觀組織的影響，尋得了最佳工藝。利用熱力學(xué)理論，對ZrO2-B2O3-Al體系的絕熱溫度和吉布斯自由能進(jìn)行了理論計(jì)算和

2、分析，計(jì)算表明：ZrO2-B2O3-Al體系的絕熱溫度為2327K，高于1800K，故該體系可以發(fā)生自蔓延反應(yīng)。在所研究的溫度范圍內(nèi)(27℃-2027℃)，體系可能發(fā)生的反應(yīng)B2O3-Al、Zr-B、ZrO2-B2O3-Al自由能均小于零，都存在發(fā)生的可能性；ZrO2-Al反應(yīng)生成自由能在溫度<700℃時(shí)小于零，存在發(fā)生的可能性。用差熱法-熱重法分析了反應(yīng)過程中的物理化學(xué)變化，B2O3在450℃熔化，Al在665℃熔化，三相反應(yīng)的發(fā)生始

3、于800℃。首先發(fā)生的反應(yīng)是B2O3和Al的還原反應(yīng)，其次是ZrO2和Al的還原反應(yīng)，最后是Zr和B反應(yīng)合成ZrB2。研究了氬氣壓力對自蔓延高溫合成中燃燒參數(shù)、燃燒產(chǎn)物的相組成和顯微結(jié)構(gòu)的影響，隨氬氣壓力的增加，B2O3的揮發(fā)被限制。氬氣壓力為1.5MPa時(shí)，B2O3的揮發(fā)被完全限制，反應(yīng)過程中的燃燒溫度最高；產(chǎn)物相僅有ZrB2和Al2O3，反應(yīng)完全；ZrB2在Al2O3基上分散最均勻。研究了ZrO2粒度和Al粉粒度對自蔓延高溫合成中的

4、燃燒溫度、燃燒產(chǎn)物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的影響，隨ZrO2粒度的增加，燃燒溫度和燃燒波速均降低。當(dāng)ZrO2粒度為3μm時(shí)：燃燒溫度最高，燃燒波速最大；產(chǎn)物相只有ZrB2和Al2O3，反應(yīng)完全；ZrB2在Al2O3基中的分散最均勻。Al粉粒度為48μm時(shí)：燃燒溫度最高，燃燒波速最大；產(chǎn)物相只有ZrB2和Al2O3，反應(yīng)完全；ZrB2在Al2O3基中的分散最均勻。在實(shí)驗(yàn)條件下，自蔓延高溫合成ZrB2-Al2O3復(fù)合粉體的最佳工藝參數(shù)為：氬氣壓力為