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Mo-SiBCN梯度复合材料组织结构设计与抗热震性能

侯俊楠  
【摘要】:采用热压烧结方法制备了Mo-SiBCN梯度复合材料及不同SiBCN体积分数的Mo-SiBCN单层复合材料,并对其物相和组织结构进行表征,研究了不同的烧结工艺对Mo-SiBCN的残余应力的影响,分析了成分配比对单层复合材料的基本力学性能及热膨胀系数的影响,同时也研究了添加剂MAS的引入对体积分数为90%的Mo-SiBCN单层复合材料和SiBCN的影响。实验结果表明:采用不同热压烧结工艺制备了Mo-SiBCN梯度复合材料,适当提高材料的烧结温度、缩短保温时间有利于提高材料致密度和界面结合情况。不同烧结工艺下材料的产物主要由Mo4.8Si3C6、Mo C、Mo2C、Si C、Mo Si2、Mo5Si3和BCN组成。通过热压烧结制备的Mo-SiBCN单层复合材料的物相随着SiBCN体积分数的增加材料的组成出现规律性的变化,当SiBCN体积分数为30%时,Mo与SiBCN反应完全;SiBCN体积分数为40%及70%时产物发生了明显的变化。Mo与C的反应产物主要为Mo2C与Mo C,Mo与Si的反应随着SiBCN体积分数的增多生成产物呈Mo3Si→Mo3Si+Mo5Si3+Mo Si2→Mo4.8Si3C6+Mo5Si3+Mo Si2→Mo4.8Si3C6的规律变化。随着SiBCN体积分数的增加材料的密度、弹性模量及抗弯强度逐渐减小,但当成分在10%-30%范围时,材料的硬度随着SiBCN体积分数的增多不断提高,SiBCN的体积分数达到40%以后,材料的硬度随着SiBCN体积分数的增多不断减少。SiBCN的体积分数对材料的热膨胀系数的影响规律与硬度相似,随着SiBCN体积分数的增多呈现出先增加后减小的变化趋势。MAS的引入使SiBCN体积分数为90%的Mo-SiBCN单层复合材料和SiBCN的密度、抗弯强度、弹性模量等力学性能有所提升。MAS的引入使90%MoSiBCN单层复合材料的热膨胀系数明显降低,但对SiBCN的热膨胀系数影响较小。成分为SiBCN体积分数为10%、20%的Mo-SiBCN单层复合材料经过热震后的残余强度强度有所提高,且热震温度越高提升越显著。裂纹产生的原因主要是因为在气孔、微孔、两种成分的界面等位置容易引起热应力集中,导致材料的残余热应力大于材料的固有强度而形成裂纹。


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