原位合成ZrB<,2>颗粒增强B<,4>C基陶瓷复合材料

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该实验用牡丹江磨料二厂生产的3.5μm的碳化硼粉末,加入不同含量的ZrO<,2>微粉和C(化学计量比),进行原位合成ZrB<,2>/B<,4>C陶瓷复合材料.并通过对密度、收缩率的研究,确定了原位合成烧结的最佳工艺为:1600℃×60min+2060℃×30min.通过调整ZrO<,2>微粉和C的加入量改变ZrB<,2>的体积百分比,研究了第二相体积百分数和原位合成工艺对材料密度、硬度、抗折强度、断裂韧性、显微组织和断口形貌等的影响.实验结果表明,①随着烧结温度的增加,材料的密度先增加后降低.在2060℃、ZrB<,2>的体积百分比为6%时,材料的密度达到最大值,为2.53g/cm<3>,约为理论密度的93.2%.材料的硬度则随着温度的升高而增大,逐渐趋于平稳,在2070℃时达到最大值(40.5GPa).材料的断裂韧性随着温度的变化与密度相反,先呈现明显的下降趋势后略有升高,从2000℃时的4.04MPa·m<1/2>降为2060℃时的2.36MPa·m<1/2>.②随着第二相ZrB<,2>体积百分数的增加,材料的密度和硬度均是先降低后增大,在ZrB<,2>体积百分数为7%时,密度和硬度均达到最小值,分别为92.4%T.D.和29GPa,随着ZrB<,2>体积百分数的增加达到16v%时,密度和硬度均达到该次实验的最大值,分别为94%T.D.和46.8GPa.断裂韧性则随第二相含量的增多而增大,在2060℃下,从ZrB<,2>体积百分含量为6%时的2.36MPa.m<1/2>上升为ZrB<,2>体积百分含量为16%时的3.10MPa·m<1/2>.通过对材料显微组织观测和力学性能分析,确定了由B<,4>C基体和ZrB<,2>颗粒热膨胀系数不匹配导致的残余应力以及ZrB<,2>使得晶粒细化是ZrB<,2>/B<,4>C复合陶瓷补强增韧的主要原因.论文对B<,4>C陶瓷补强增韧的研究及生产具有一定的理论指导意义和实用价值.
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