论文部分内容阅读
二硼化锆具有极高的熔点、硬度、化学稳定性、良好的导电导热性等优良特性,因此在航空航天、耐火、切削、电极等领域有着广泛的应用前景。但是,ZrB2难以烧结致密、高温下易氧化及抗热震能力差,使其实用化困难,如何获得高致密ZrB2陶瓷并提高其高温抗氧化性和抗热震性,是ZrB2陶瓷研究的一个热点。本文针对传统热压烧结的局限性,提出热压烧结原位合成的方法,成功制备了 ZrB2陶瓷,研究了不同烧结助剂对材料物相组成、微观形貌和力学性能的影响。对比分析了不同组分和烧结助剂条件下对生成陶瓷材料的物相、组织结构和陶瓷性能的影响规律。本论文以Zr-BN-Al为研究体系,通过改变原料之间的配比,理论上生成ZrB2、ZrN、AlN三种物相,对理论上可能发生的反应,通过热力学计算的结果分析可以推断出,设计的反应在热力学上可以顺利进行。本实验采用两种烧结助剂Yb203和MoSi2,在烧结温度为1800℃和压力55MPa条件下,热压烧结原位合成ZrB2陶瓷;当以Yb203为烧结助剂时,添加量为5 wt%,保温时间分别为30、60和90min;结果分析表明,随着锆的百分含量的增加和保温时间的延长,样品的抗弯强度逐渐增加,由于晶粒的异向生长,生成板状结构,增加了吸收能量的机制,使得样品的抗弯强度不断提高。在保温时间为90分钟,锆的百分含量为66.9%时,样品具有综最高的抗弯强度745 MPa,此时材料对应的维氏硬度、相对密度和气孔率分别为18.28GPa、99.6%和0.09%.当以MoSi2为烧结助剂时,保持保温时间60min,由于二硅化钼不仅可以与ZrB2之间形成Si-O-B玻璃相,在大于800℃具有良好的塑性变形,还可以促进了 ZrB2颗粒的滑移和重排,同时填充了 ZrB2骨架结构留下的孔洞,从而提高了材料的烧结性能。通过改变MoSi2的添加量,分别为5 wt%、10 wt%和15 wt%;结果表明,材料的维氏硬度、抗弯强度和相对密度都随着体系锆和二硅化钼的百分含量增多而增大。当锆的百分含量最大59.9%,MoSi2的添加量为15 wt%时,材料的维氏硬度、抗弯强度、相对密度和气孔率,分别达到了 24.41GPa、1135MPa、99.98%和0.06%,材料的力学性能达到最优。