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碳化硼材料具有很广阔的应用前景,但也存在着自身的缺陷。因此现在碳化硼基复合材料的研究日益得到广泛的关注,这些复合材料在保持碳化硼的一些重要性能不变的前提下,尝试改善其部分性能,使其应用的领域进一步加宽。
以碳化硼和氧化钆为原料,采用烧结法直接合成碳化硼-硼化钆复合材料是一种既简便又经济的方法。本论文在查阅大量国内外文献的基础上,研究利用碳化硼和硼化钆为原料制取添加钆元素的碳化硼复合材料,研究主要分两部分:碳化硼和氧化钆烧结制备硼化钆过程中的化学反应机理、添加钆元素后对碳化硼复合材料性能的影响。
利用碳管炉在Ar气氛中烧结Gd2O3与B4C的混合物,并利用XRD和TG-DTA技术研究Gd2O3与B4C的混合物在100-1489℃时的高温化学反应过程。研究结果表明:在367-458℃期间,主要是样品中残留的杂质C和O发生反应。800℃-1100℃时,Gd2O3与B4C首先生成GdBO3,GdBC和B,而后GdBO3,GdBC与B4C进一步反应生成GdB4。同时Gd2O3与B4C也在此温度下生成GdB6,但反应较为缓慢。随温度升高,GdB4生成反应速度加快。1470℃时,GdB4和B反应生成GdB6,GdB6的生成率随反应时间延长而增加。
向碳化硼材料中添加硼化钆制备碳化硼复合材料,随着硼化钆的加入量的不断增大,碳化硼-硼化钆复合材料的密度逐渐变大,其烧结的实际密度均能达到理论密度的96%以上,其中最高可以达到理论密度的96.9%;硬度也随着硼化钆的加入量增大而增大,当添加量达到8%的时候,其硬度比碳化硼材料的硬度提高了近78%,达到了47.123GPa;抗弯强度随着硼化钆的加入量的增大而不断减小,当添加量达到最大值,抗弯强度比碳化硼的抗弯强度下降了33%左右,达到了23.05Kg/mm2;碳化硼-硼化钆复合材料的断裂韧性随着硼化钆加入量的增加变化较为复杂。当硼化钆添加量为2-6%的时候,断裂韧性变化趋势是先升高,当添加量为-Ⅱ-4%时,达到最高值3.89MPa.m1/2,然后慢慢降低,当添加量达到6%时,断裂韧性下降到最低值3.53MPa.m1/2,然后随着硼化钆加入量的继续增加,断裂韧性反而有一定的提高,最终当硼化钆的加入量达到8%的时候,断裂韧性达到3.87MPa.m1/2。