ZrB2基超高温陶瓷材料性能的评价

作     者：陈勇 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：韩杰才;李金平

授予年度：2006年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：ZrB2-SiC超高温陶瓷 显微组织 超高温陶瓷复合材料 晶须增韧 

摘      要：本文的超高温陶瓷材料(Ultra-high-temperature Ceramics简写为UHTCs)是由ZrB和SiC(有的加入了ZrC)构成。超高温陶瓷材料的优异的综合性能使它们可以应用于飞行器的尖锐前缘,从而使之成为超高温材料领域的代表。 本文采用机械球磨、热压烧结等技术制备了ZrB基复合材料。在制备的过程中,采用SEM、XRD等分析测试方法,对复合材料及其在成形各个阶段的微观组织演变进行了分析和研究,对制备出的ZrB基复合材料的力学性能作了初步的分析和讨论。 研究了ZrB/ZrC/SiC超高温陶瓷材料的密度、抗压强度、断裂韧性、烧蚀和热冲击性能以及烧蚀和热冲击前后的微观组织。 将ZrB基体与三种不同的增韧相(一种SiC颗粒、两种SiC晶须)按配比混料、尔后热压制备了三种ZrB-SiC超高温陶瓷复合材料,研究其密度、烧蚀性能以及显微组织。结果表明,所制备的ZrB复合材料密度较高,其密度超过理论密度的98%。晶须Ⅰ增韧的复合材料在等离子电弧加热器上烧蚀不同时间后都不碎裂。两种晶须增韧陶瓷尽管晶须的原始组织显著不同,但性能与烧蚀后组织却十分相似。热压烧结工艺制备了64%ZrB+ZrC颗粒20%+SiC颗粒16%,80%ZrB+SiC颗粒10%+国产SiC晶须10%两种材料,重点研究陶瓷材料的密度、抗压强度、断裂韧性、热冲击性能以及热冲击前后的微观组织。 为了改善ZrB陶瓷的韧性,采用混料-热压工艺制备晶须颗粒混杂增韧ZrB陶瓷复合材料,并研究其性能与组织。随着温度的升高,抗压强度和相对压缩率均急剧下降。该复合材料的热压坯为晶粒等大、成分均匀的组织,在等离子电弧加热器上烧蚀后,组织略有长大,部分韧化相开始熔化飞出,留下孔洞。然而,该复合材料即使热冲击14s,也不出现热裂现象,表明晶须颗粒混杂增韧初步解决了ZrB陶瓷的脆性。