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简析ZrB_2SiC/C复合陶瓷制备与其性能

收藏本文 2024-01-30 点赞:11382 浏览:46653 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:ZrB2一SiC/C层状陶瓷在保持高的抗热震性能、断裂韧性和抗损伤能力的同时,仍然具有较高的强度,由此在航空飞行器、高温防护等方面有广阔的运用前景。然而,固有的脆性限制了其作为可靠性部件的设计和运用。石墨材料具有自润滑性、化学稳定性、高导热性、低膨胀性、耐腐蚀性、耐高温等特性,这些特性是航天发动机密封材料和航空高温材料所不可或缺的。将这两种材料的优良性质相结合制备出的ZrB2一SiC/C层状复合陶瓷材料是一种新型的兼具结构性和功能性的材料,此种材料对于超高温复合陶瓷材料领域的进步与进展具有重要作用。本实验采取热压烧结的策略制备ZrB2一SiC/C层状陶瓷复合材料。调节ZrB2和SiC粉料的不同配比(三组配比),制备出了不同的基体层流延基片。探讨了不同烧结温度和烧结压力对ZrB2-SiC/C层状陶瓷复合材料的断裂韧性、弯曲强度、抗氧化性、硬度的影响规律。实验数据表明,当SiC含量为20vol%,SiC粒径尺寸为0.5gm,烧结温度为1850℃,保温时间为30min,烧结压力为30MPa时,可以制得力学性能指标优良的ZrB2一SiC/C层状复合陶瓷材料。在制备ZrB2一SiC基体层流延基片时,浅析了SiC含量、温度变化、粘结剂、塑化剂、固相含量与流延浆料粘度之间的联系。实验结果表明:当SiC含量为20wt%,流延温度制约在30℃左右,粘结剂含量为小于10%,塑化剂与粘结剂的比值R在0.8-1之间,固相含量小于50%时,ZrB2一SiC浆料粘度达到合适值,并制得固相含量约为45vol%,粘度约为1600mPa.s的浆料。本实验综合采取了SEM.XRD等浅析测试策略,对烧结后复合材料的微观结构和相组成进行观察。发现ZrB2一SiC主层与C层交替排列,界面平直,界限清晰,各层厚度均匀,达到对成分组成的精确制约。探讨了ZrB2一SiC/C复合陶瓷的恒温氧化行为,该材料氧化表面的XRD和SEM表明,ZrB2一SiC/C层状复合陶瓷材料具有比较优越的抗氧化性能,可以有效的降低材料的氧化速率。关键词:ZrB_2-SiC/C层状陶瓷论文热压烧结论文力学性能论文高温氧化性论文

    摘要4-5

    Abstract5-6

    目录6-8

    第一章 引言8-14

    1.1 本课题的探讨背景和作用8-9

    1.2 ZrB_2-SiC超高温陶瓷的探讨近况9-10

    1.3 层状陶瓷复合材料的探讨近况10-12

    1.3.1 层状陶瓷复合材料的结构特点10

    1.3.2 层状陶瓷复合材料的制备10-11

    1.3.3 层状陶瓷复合材料的成型11-12

    1.3.4 层状复合陶瓷材料的烧结12

    1.4 本课题的提出目的及作用12-13

    1.5 本课题的主要探讨内容13-14

    第二章 实验内容与策略14-22

    2.1 实验原料及设备14-16

    2.1.1 实验原料14-15

    2.1.2 实验仪器设备15-16

    2.2 ZrB_2-SiC流延片的制备16-17

    2.2.1 ZrB_2-SiC流延片的制备工艺16

    2.2.2 ZrB_2-SiC流延片的配比案例16-17

    2.2.3 ZrB_2-SiC流延片的制备17

    2.3 石墨流延片的制备17

    2.4 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的成型与烧成17-18

    2.4.1 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的素坯成型17

    2.4.2 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的烧结17-18

    2.5 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的性能测试18-22

    2.5.1 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的成分及组织形貌浅析18-19

    2.5.2 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的相对密度测试19

    2.5.3 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的力学性能的测试19-21

    2.5.4 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的抗氧化性测试21-22

    第三章 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料流延成型工艺的影响因素22-34

    3.1 流延成型工艺22-23

    3.2 浆料粘度的影响因素23-28

    3.2.1 SiC含量的影响24-25

    3.2.2 温度变化的影响25

    3.2.3 粘结剂的影响25-26

    3.2.4 塑化剂用量的影响26-27

    3.2.5 固相含量的影响27-28

    3.3 流延陶瓷浆料的消泡28-29

    3.4 流延膜片的干燥29

    3.5 流延膜片的脱脂与烧结29-33

    3.6 本章小结33-34

    第四章 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的组织结构及力学性能34-40

    4.1 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的力学性能浅析34-37

    4.1.1 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的硬度影响因素浅析34-35

    4.1.2 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的断裂韧性影响因素浅析35-36

    4.1.3 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的弯曲强度影响因素浅析36-37

    4.2 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料工艺参数优化37-38

    4.3 本章小结38-40

    第五章 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的抗氧化性40-51

    5.1 ZrB_2-SiC和ZrB2-SiC/C层状复合陶瓷材料的高温氧化40-43

    5.2 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料氧化层表面物相浅析43-45

    5.3 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料氧化层的SEM观察45-46

    5.4 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料的氧化机理46-49

    5.4.1 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料各组元的氧化46-47

    5.4.2 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料氧化历程的制约因素浅析47-49

    5.4.3 ZrB_2-SiC/C层状复合陶瓷材料氧化机理的浅析49

    5.5 本章小结49-51

    第六章 结论51-53

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