ZrB2陶瓷基复合材料的性能及高温拉深机理研究

论文摘要

ZrB2陶瓷基复合材料的熔点超过3000℃,具有优异的高温强度和抗氧化性,这些特性使其成为在1800℃以上温度使用的结构材料的候选材料。本文选择AlN作为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备了ZrB2+xvol.%SiC+y vol.%lN （ZSA1、ZSA2）陶瓷基复合材料,确定了ZrB2陶瓷基复合材料的制备工艺参数,得出了致密度与烧结时间的相互关系。利用SEM、EDS等分析方法对材料进行了微观组织和相成分分析,并对材料的其他相关性能进行了考察。首先,对材料的室温及高温力学性能进行了测试。ZSA1和ZSA2的弯曲强度和断裂韧性分别是750MPa/4.19MPa·m1/2和840MPa/5.4MPa·m1/2;同时测试了ZSA2的高温弯曲性能,结果表明随着温度的升高,弯曲强度呈先上升后降低趋势,750℃时能达最高值803.3MPa。然后对材料的断裂模式及热物理性能进行了分析和考察。利用氧乙炔火焰在2300～2500℃温度区间对ZrB2陶瓷基复合材料进行了抗热震和抗氧化烧蚀性能试验,结果表明:在此条件下,ZrB2陶瓷基复合材料具有良好的抗热震性和抗氧化烧蚀性能,这归因于其在氧化烧蚀过程中所形成的均匀致密氧化层有效地阻止了氧的扩散。经氧乙炔烧蚀后,试样表面结构保持完好,平均质量烧蚀率和线烧蚀率分别为6.67×10-5 g/s和6.67×10-4 mm/s。经XRD衍射分析材料表面的烧蚀产物主要为ZrO2。对ZrB2陶瓷基复合材料板材进行了高温拉深工艺研究,确定了材料的拉深工艺参数为:成形温度为1900℃,压头速率为0.3mm·min-1,成形时间为1h。对拉深后的试样进行了微观组织观察及相成分分析,揭示了材料在高温变形过程中的微观组织特征及演变规律,探讨了材料的高温变形机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及选题意义
• 1.2 国内外超高温陶瓷材料的研究进展
• 1.2.1 国外超高温陶瓷材料的研究进展
• 1.2.2 国内超高温陶瓷材料的研究进展
• 2 陶瓷基复合材料的微结构及性能研究'>1.3 ZrB₂陶瓷基复合材料的微结构及性能研究
• 2 陶瓷基复合材料的制备工艺'>1.4 ZrB₂陶瓷基复合材料的制备工艺
• 1.4.1 材料体系设计
• 2 陶瓷基复合材料的制备方法及特点'>1.4.2 ZrB₂陶瓷基复合材料的制备方法及特点
• 1.5 热压烧结致密化机理
• 1.6 陶瓷基复合材料高温变形行为研究发展现状
• 1.7 课题的主要研究内容
• 第2章 实验材料和实验方法
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.3 烧结设备及材料烧结方法
• 2.4 材料的成分及组织结构分析
• 2.4.1 差热分析
• 2.4.2 XRD 物相分析
• 2.4.3 晶粒尺寸大小的测量
• 2.4.4 电镜观察
• 2.5 材料物理性能测试
• 2.5.1 密度和气孔率的测定
• 2.5.2 比热、热扩散系数、热导率
• 2.5.3 热膨胀系数
• 2.6 材料力学性能测试
• 2.6.1 抗弯强度及弹性模量的测定
• 2.6.2 断裂韧性的测定
• 2.6.3 硬度的测定
• 2.7 抗氧化烧蚀性能
• 2.8 高温拉深实验设备及实验方法
• 2陶瓷基复合材料的制备工艺研究'>第3章 ZrB₂陶瓷基复合材料的制备工艺研究
• 3.1 引言
• 2 陶瓷基复合材料的组分优选'>3.2 ZrB₂陶瓷基复合材料的组分优选
• 3.3 烧结助剂AlN 粉体的性能测试
• 2 陶瓷基复合材料的制备工艺'>3.4 ZrB₂陶瓷基复合材料的制备工艺
• 3.4.1 混料及材料烧结方法
• 2 陶瓷基复合材料热压烧结工艺参数选择'>3.4.2 ZrB₂陶瓷基复合材料热压烧结工艺参数选择
• 2 陶瓷基复合材料的微观组织'>3.5 ZrB₂陶瓷基复合材料的微观组织
• 3.6 本章小结
• 2陶瓷基复合材料的性能研究'>第4章 ZrB₂陶瓷基复合材料的性能研究
• 4.1 引言
• 2 陶瓷基复合材料的力学性能'>4.2 ZrB₂陶瓷基复合材料的力学性能
• 4.2.1 弯曲强度
• 4.2.2 断裂韧性
• 4.2.3 硬度
• 4.2.4 弹性模量
• 2 陶瓷基复合材料的断裂模式'>4.3 ZrB₂陶瓷基复合材料的断裂模式
• 4.3.1 影响材料强度的因素
• 2 陶瓷基复合材料的断裂模式'>4.3.2 ZrB₂陶瓷基复合材料的断裂模式
• 4.4 ZSA2 陶瓷基复合材料的热物理性能
• 4.4.1 密度和致密度
• 4.4.2 比热、热扩散系数和热导率
• 4.4.3 热膨胀系数（CET）
• 2 陶瓷基复合材料的抗氧化烧蚀行为'>4.5 ZrB₂陶瓷基复合材料的抗氧化烧蚀行为
• 4.5.1 抗烧蚀性能
• 4.5.2 烧蚀后的微观组织
• 4.6 本章小结
• 2陶瓷基复合材料高温拉深机理研究'>第5章 ZrB₂陶瓷基复合材料高温拉深机理研究
• 5.1 引言
• 2 陶瓷基复合材料高温拉深工艺研究'>5.2 ZrB₂陶瓷基复合材料高温拉深工艺研究
• 5.2.1 实验材料及实验模具设计
• 5.2.2 高温拉深工艺
• 2 陶瓷基复合材料高温变形机理'>5.3 ZrB₂陶瓷基复合材料高温变形机理
• 2 陶瓷基复合材料高温变形微观组织演变规律'>5.3.1 ZrB₂陶瓷基复合材料高温变形微观组织演变规律
• 2 陶瓷基复合材料高温变形机制'>5.3.2 ZrB₂陶瓷基复合材料高温变形机制
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢