BNNTs/B4C复合材料的SPS烧结及其性能研究

来源 :景德镇陶瓷学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangersong
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本文以B4C粉为主要原料,B粉、Si粉为烧结助剂,BNNTs为增韧相,PEI为分散剂,HPMC为粘结剂,PEG为增塑剂,正丁醇为消泡剂,采用水基流延成型和SPS烧结工艺制备BNNTs/B4C复合材料。系统地研究了分散剂对BNNTs分散性的影响和氧含量、pH值、固相含量、分散剂含量、R值、球磨时间等因素对B4C陶瓷浆料性能的影响。实验结果表明:PEI对BNNTs的分散效果较佳,醇洗降低了B4C粉中的氧含量;当PEI、HPMC、PEG的加入量分别为1.5wt%、5wt%和5wt%,二次球磨时间为12h时可获得固含量为45wt%的B4C水基流延浆料。研究了BNNTs含量、B粉和Si粉含量分别对BNNTs/B4C复合材料显微结构和力学性能的影响,同时探讨了BNNTs对B4C陶瓷的增韧机理。采用XRD、SEM等分析测试手段,对BNNTs/B4C复合材料的物相和显微结构进行表征,并采用硬度计和力学性能试验机对样品的体积密度、弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度进行测试。实验结果表明:加入6.5wt%的B粉有利于活化晶格,促进烧结致密化。BNNTs的掺入可提高BNNTs/B4C复合材料的力学性能。在92wt%B4C粉中掺入6.5wt%B粉和1.5wt%BNNTs时,1600℃、50MPa下保温8min,进行SPS烧结,可获得致密度高达95.5%的BNNTs/B4C复合材料。此时,最佳力学性能为弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度分别可达483.36MPa、6.18MPa·m1/2、36.7GPa。Si粉的加入也可以作为烧结助剂促进烧结致密化。在88.5wt%B4C粉中掺入1.5wt%BNNTs和10wt%Si粉时,1600℃、50MPa下保温8min,进行SPS烧结,可获得致密度高达98.3%的BNNTs/B4C复合材料。此时,最佳力学性能为弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度分别可达518.53MPa, 5.87MPa·m1/2、38.9GPa。探讨BNNTs对B4C陶瓷的增韧机理可以借鉴纤维和晶须的增韧机理。研究表明:BNNTs的增韧机理是拨出效应增韧、桥联增韧、裂纹偏转增韧和残余应力增韧,BNNTs/B4C复合材料力学性能的改善是以上四种增韧机理的综合作用。
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