收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

反应烧结碳化硼复合材料显微组织和力学性能的研究

张翠萍  
【摘要】:基于反应烧结SiC原理,研究开发的制备反应烧结碳化硼(RBBC)复合材料具有制备成本低和烧结前后无收缩等优点。但在制备RBBC复合材料的过程中,碳化硼主相因在Si液中溶解、反应而大量损耗,限制了这一材料的推广应用。本文针对这一问题,研究了熔渗温度和碳源包覆对复合材料相组成、显微组织、体积密度和力学性能的影响,并深入研究了碳化硼晶粒在Si液中的长大机理和B4C-Si反应机理。论文对于碳化硼陶瓷的推广应用具有重要的理论意义和实际应用价值。论文取得的主要结果为:(1)采用B4C、炭黑、金属Si为原料,在1450-1650℃x60min真空渗Si处理,可以制备出具有较高致密度的RBBC复合材料,复合材料的相组成为B4C、Bi2(C,Si,B)3、SiC和Si。随着熔渗温度的增加,RBBC复合材料中碳化硼含量降低而SiC含量增加,碳化硼颗粒尺寸增大、大尺寸碳化硼颗粒的数量也增加;SiC由不连续的絮状逐渐演变为完整、连续的SiC区域,且完整、连续SiC区域的尺寸和数量也有所增加;复合材料的力学性能整体呈先增加后降低的趋势,当熔渗温度为1600℃时,复合材料的综合力学性能最佳,复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为19 GPa、344 MPa和3.8 MPa·m1/2,复合材料开口气孔率和体积密度分别为0.09%和2.54g/cm3。(2)采用酚醛树脂为碳源,经机械搅拌、超声分散和炭化,可以制备出C包覆的B4C-C复合粉体。C包覆的B4C可有效降低RBBC复合材料中碳化硼颗粒的溶解损耗及其颗粒尺寸的增大趋势,且复合材料中生成了大量纳米SiC颗粒;所得RBBC复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性可分别提高到23 GPa、442 MPa和4.9 MPa·m1/2,较以炭黑为碳源时分别提高了15%、35%和36%;碳化硼颗粒尺寸增大趋势的减弱及纳米SiC颗粒的产生是其性能提高的主要原因。(3)随着熔渗温度的增加和时间的延长,Si液中的碳化硼晶粒由不规则形状演变为多面体,晶粒尺寸也逐渐增加。当熔渗温度小于1750℃时,不规则形状碳化硼晶粒在Si液中发生正常长大,其晶粒尺寸分布为单峰分布,晶粒长大为扩散控制的连续长大,晶粒生长激活能为156 kJ·mol-1。当熔渗温度大于1750℃时,多面体碳化硼晶粒在Si液中发生异常长大,其晶粒尺寸分布为双峰分布,晶粒长大为二维形核控制的侧边长大,晶粒吞并加速了晶粒的异常长大。(4)热压碳化硼块体与Si块在高于Si熔点反应时,液态Si渗入碳化硼基体中并与其反应,在碳化硼基体一侧形成反应层。随着反应温度的增加,反应层的尺寸增加;且反应层中SiC形貌由不规则形状转变为长棒状;反应温度为1700-2200 ℃C时,反应层的相组成为SiC、SiB6、B12(C,Si,B)3和Si。随着反应时间的延长,反应层的尺寸也增加;且反应层中SiC形貌先由不规则形状转变为长棒状,继而由长棒状转变为树枝状。碳化硼与液态Si的反应机理为溶解沉淀机理。碳化硼与Si液的反应过程为:Si先夺取碳化硼中C,生成SiC和B12(C,Si,B)3;随后B12(C,Si,B)3容解于Si液中,含B、C的过饱和Si液在冷却过程中又析出SiC、SiB6和B12(C,Si,B)3。


知网文化
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978