纳米ZrB_2粉体放电等离子烧结制备ZrB_2基超高温陶瓷（英文）

采用纳米ZrB_2粉体研究了ZrB_2基超高温陶瓷的放电等离子烧结行为。由于采用纳米粉体,单相ZrB_2在1550℃的低温下即发生快速的致密化烧结。ZrB_2-Si C陶瓷经1800℃放电等离子烧结后可实现完全致密化,并且材料的抗弯曲强度高达1078±162MPa。在1700℃采用放电等离子烧结成功制备了ZrB_2-Si C-Cf复合材料,材料断口表现出明显的纤维拔出现象,导致其具有高的断裂韧性值(6.04 MPa·m~(1/2))和非脆性断裂的模式。同时,ZrB_2-Si C-Cf复合材料具有很高的临界热冲击温差(627℃),表明该材料具有优异的抗热冲击性能。     

硼化锆基复合涂层的研究进展

综述了ZrB_2基复合涂层的制备方法,并介绍了ZrB_2基复合涂层的研究发展趋势。重点介绍了热喷涂在ZrB_2基复合涂层制备中的优势,详细阐述了热喷涂在ZrB_2基复合涂层制备中的应用,并对其进行了总结和展望。其中热喷涂反应合成ZrB_2基复合涂层能够解决由于原料熔点过高而造成粉末熔化状态较差的问题,从而改善涂层的质量并提升涂层的性能。文中指出热喷涂反应合成ZrB_2基复合涂层能否达到理想使用要求的关键因素是前驱体粉末的成分设计,并提出了前驱体粉末的成分设计及优化需考虑的问题。     

烧结因素对SPS制备单相ZrB_2陶瓷的影响

以粒径为15μm的ZrB_2粉末作为原料,在烧结温度1800℃、压力30 MPa条件下,采用放电等离子烧结(SPS)制备出单相ZrB_2陶瓷,并研究了不同加热速率和不同保温时间对ZrB_2陶瓷烧结体烧结行为、物相、微观结构、致密度及开、闭孔率的影响。采用XRD、FESEM分别分析了样品的相组成和微观形貌,采用阿基米德排水法测量了样品的致密度、开孔率和闭孔率。结果表明,加热速率和保温时间对ZrB_2陶瓷烧结体的物相、微观结构及致密度等影响显著,并得出加热速率150℃/min和保温时间5 min为最佳烧结工艺,所制备出的ZrB_2陶瓷烧结体纯度高、致密度为95.1%、开孔率为1.2%、闭孔率为3.7%。     

B_4C对ZrB_2-SiC基陶瓷力学性能和显微结构的影响

采用放电等离子烧结方法(SPS),在烧结温度为1700 ℃下,制备出ZrB_2-SiC-B_4C复合材料,研究了添加不同量的碳化硼(B_4C)对BrB_2-SiC基陶瓷力学性能和微观组织的影响.结果表明:ZrB_2-SiC-5%B_4C(质量分数, 下同)材料的高温强度高于ZrB_2-SiC-3%B_4C材料的高温强度,两种材料的致密度都在95%左右.加入B4C之后,材料的断裂韧性较未加入B4C材料的高.     

Q235钢等离子熔覆Fe基Zr_B2-ZrC复合涂层的组织与性能研究

采用等离子弧熔覆工艺,以Fe、Zr、B_4C粉为原料,在Q235钢表面原位合成了含ZrB_2-ZrC增强相的Fe基陶瓷复合涂层,并研究了不同粉末配比对该涂层微观组织、显微硬度和耐磨损性的影响。用金相显微镜(OM)、高扫描电镜及X射线衍射仪分析了该涂层的显微组织及物相结构;采用自动显微硬度计、磨损实验机和多功能摩擦磨损实验机对该涂层的硬度及耐磨性能进行研究。结果表明,ZrB_2、ZrC陶瓷相在等离子弧作用下合成,ZrB_2呈针棒状,ZrC呈颗粒状。该涂层与基体间为冶金结合;随粉末中B_4C和Zr含量的增加,该涂层的硬度及耐磨性先升高后下降。     

LaB_6和La_2O_3添加剂对ZrB_2-SiC超高温陶瓷结构与性能的影响

采用SPS工艺制备添加La_2O_3或LaB_6的ZrB_2-SiC陶瓷,测量试样的密度和力学性能,利用扫描电镜和透射电镜观察试样的微观形貌,研究添加镧的不同化合物对ZrB_2-SiC陶瓷显微结构和力学性能的影响,分析添加量对材料力学性能的影响.同时对ZrB_2-SiC-La_2O_3和ZrB_2-SiC-LaB_6陶瓷进行热处理,考察热处理对其力学性能的影响.结果表明,加入2.5%或5%(质量分数, 下同)的La_2O_3或LaB_6添加剂后,材料的室温强度、高温强度、断裂韧性都比无添加剂时要高;当含量相同时,加入LaB_6比La_2O_3更有利于提高陶瓷材料的室温强度;当添加剂的含量为2.5%时,材料的室温强度比较好,当添加剂的含量为5%时,材料的高温强度和断裂韧性比较高.热处理可以提高ZrB_2-SiC-La_2O_3和ZrB_2-SiC-LaB_6陶瓷材料的高温强度.     

放电等离子法烧结制备SiC纳米管/ZrB2复合陶瓷的性能

以ZrB_2、SiC纳米管(SiCNTs)为主要原料,通过放电等离子法烧结制备了SiC纳米管/ZrB_2复合陶瓷。分析了SiC纳米管添加量对复合陶瓷的相对密度、微观结构和力学性能的影响。结果表明:添加SiC纳米管可以有效增强ZrB_2陶瓷的力学性能;当SiC纳米管的添加量为1 mass%时,复合陶瓷的力学性能最佳,其抗弯强度为786.53 MPa,维氏硬度为21.58 GPa,断裂韧性为5.21 MPa·m~(1/2)。     

ZrB_2基超高温陶瓷电火花线切割加工表面粗糙度对其力学性能的影响

采用电火花线切割工艺加工ZrB2基超高温陶瓷,分析了其微观组织变化,研究了不同表面粗糙度对材料抗弯强度和断裂韧性的影响规律,为陶瓷材料的工程化应用奠定了技术基础。     

具有微米-亚微米增强结构的ZrB_2-ZrC-SiC涂层的烧蚀机理与性能（英文）

通过真空浸渗和反应熔渗在C/C复合材料上制备了具有微米-亚微米增强结构的ZrB_2-ZrC-SiC涂层。微米-亚微米增强结构由微米级的碳化硅为骨架,亚微米级的超高温陶瓷颗粒(UHTCs)为填充料组成。采用等离子火焰对复合材料进行了烧蚀试验。结果表明,在烧蚀过程中由聚集的碳化硅颗粒和超高温陶瓷颗粒组成的微米-亚微米增强结构在烧蚀气流的侵蚀下易于形成较大的缺陷。已形成的较大缺陷容易与缺陷周围的裂纹相连形成较大的凹坑,从而导致部分涂层脱落,并导致整个涂层系统失效。     

常压烧结制备ZrB_2-SiC复相陶瓷材料

以溶胶凝胶法合成的亚微米级和市售微米级ZrB_2粉体为原料,B4C和Mo为烧结助剂,在氩气气氛下,常压烧结制得ZrB_2-SiC复相超高温陶瓷材料.研究结果表明,亚微米级ZrB_2超细粉体的加入对ZrB_2-SiC复相陶瓷的常压烧结致密化有一定的促进作用,但对材料性能的影响不太明显.当超细粉体占到粉体质量的30%时,材料的相对密度约为97%.复相材料的三点抗弯强度为(327±56) MPa,弹性模量为(365±30) GPa,维氏硬度和断裂韧性分别为(12.30±0.75) GPa和(3.39±0.35) MPa·m~(1/2).另外,从材料的SEM照片明显看出,在压痕棱角尖端出现裂纹分叉现象,同时在裂纹延伸过程中发生偏转,断裂模式多为穿晶断裂,较少为沿晶断裂.     

SiC含量对ZrB_2-SiC-Zr_2Al_4C_5复相陶瓷性能的影响

采用放电等离子体烧结(SPS)技术制备不同Si C含量的ZrB_2/Si C/Zr_2Al_4C_5复相陶瓷,并对其烧结特性、显微结构、力学性能和抗氧化性能进行了研究。结果表明:掺入Si C化合物促进了复相陶瓷的致密化过程,抑制了ZrB_2晶粒长大;当Si C掺入量为20 vol%时,ZrB_2/Si C/Zr_2Al_4C_5陶瓷的断裂韧性值为4.81 MPa×m~(1/2)。掺入Si C化合物后,复相陶瓷的抗氧化性能得到明显改善,当Si C化合物的含量为20 vol%时,其抗氧化性能最佳,分析其机理发现当掺入Si C化合物后,复相陶瓷高温氧化后在其表面生成了致密稳定的Al_2O_3、B_2O_3-Al_2O_3、Si O_2和Al-Si-O玻璃相等物质,从而阻止了氧原子进入到陶瓷基体中,提高了复相陶瓷的抗氧化性能。     

C/C复合材料ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的微观结构及氧化机理

为提高C/C复合材料在高温富氧环境中的抗氧化性能,采用两步刷涂+化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备含Si_3N_4、MoSi_2、TaC等添加剂的ZrB_2-SiC基多层复合陶瓷涂层。利用XRD和SEM等分析测试手段研究涂层的物相组成和微观结构,并分析讨论涂层在900和1500℃的等温抗氧化机理。结果表明:利用两步刷涂+化学气相沉积法制备的ZrB_2-SiC基复合陶瓷涂层整体厚度约为200μm。Si3N4、MoSi_2可很好地促进ZrB_2-SiC基氧阻挡层的高温烧结,使涂层致密化,并提高涂层在900℃的抗氧化性能;与之相比,TaC则不能很好地发挥致密化作用,对涂层在900℃时抗氧化性能的提高有限。在900℃时,ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的氧化过程主要受氧在涂层孔隙等缺陷中的扩散所控制,添加剂主要通过改变涂层的致密化程度来影响涂层的抗氧化性能。在1500℃氧化过程中,涂层抗氧化性能恶化,但致密的化学气相沉积SiC封填层的引入可显著改善涂层在1500℃时的抗氧化性能,涂层表面生成了完整的含有ZrO_2和ZrSiO_4等高熔点颗粒的SiO_2玻璃态氧化膜,为基体提供有效的氧化防护。     

快速凝固钼合金的显微结构与时效硬化

采用电弧熔化熔体,单辊急冷和锤-砧急冷技术制备了一系列高熔点钼基合金箔与薄带试样,研究其力学性能、表面形貌和显微结构。快速凝固Mo-B,Mo-Zr-B系合金具有强的晶粒细化和时效硬化效应。造成时效硬化的相应沉淀相分别为Mo_2B(C16,BCT)和ZrB_2(A_3)。ZrB_2沉淀相有更高的稳定性。这些以硼化物为强化相的快速凝固钼合金具有很高的强度与硬度,表明可以采用快速凝固技术发展新的高强度钼合金。     

MICROSTRUCTURE AND AGE HARDENING IN RAPIDLY SOLIDIFIED Mo ALLOYS

采用电弧熔化熔体,单辊急冷和锤-砧急冷技术制备了一系列高熔点钼基合金箔与薄带试样,研究其力学性能、表面形貌和显微结构。快速凝固Mo-B,Mo-Zr-B系合金具有强的晶粒细化和时效硬化效应。造成时效硬化的相应沉淀相分别为Mo_2B(C16,BCT)和ZrB_2(A_3)。ZrB_2沉淀相有更高的稳定性。这些以硼化物为强化相的快速凝固钼合金具有很高的强度与硬度,表明可以采用快速凝固技术发展新的高强度钼合金。     

ZrB_2含量对Nb-Mo-ZrB_2复合材料氧化行为的影响（英文）

利用热压烧结法,在2400℃烧结温度下,制备了NbMo固溶体(此后记作(Nb,Mo)ss)基陶瓷颗粒增强复合材料。其中,ZrB_2陶瓷增强相的体积分数分别为15%,30%,45%和60%。研究了在800,1000和1200℃下,ZrB_2含量对复合材料抗氧化性和氧化产物演变的作用。结果表明,氧化温度和ZrB_2含量均对复合材料的氧化行为有影响。从氧化速率常数角度讲,ZrB_2-(Nb,Mo)ss复合材料的抗氧化性随ZrB_2含量的增加而提高,随氧化温度的提高而降低。800~1000℃的氧化产物中含有膜状Nb_2Zr_6O_(17)相,能作为屏障阻止氧气向基体扩散,因此在800~1000℃时,复合材料氧化速率较低。然而,在1200℃氧化时未发现Nb_2Zr_6O_(17)相,MoO_3的剧烈挥发和ZrO_2的体积效应破坏了Nb_2Zr_6O_(17)保护层,导致了氧化层严重剥落,材料的抗氧化性极差。综上,结合观察到的氧化产物形貌,详细阐述了不同ZrB_2含量的复合材料在不同温度下的抗氧化机制。     

自蔓延法制备球形ZrB2-SiC复合等离子喷涂粉末

目的为提高ZrB_2-SiC复合等离子喷涂粉末的致密度。方法采用Zr-B_4C-Si体系,使用自蔓延高温合成(SHS)技术和感应等离子球化(IPS)技术制备了球形ZrB_2-SiC复合粉末,并对其相结构和微观形貌等进行了表征。结果采用SHS技术合成出的多孔ZrB_2-SiC复合陶瓷,其SiC质量分数为12.10%,由等轴颗粒构成,颗粒粒径均5μm。经IPS处理后,粉末松装密度由1.62 g/cm~3提高到1.88 g/cm~3,其中直径25μm的粉末为球形或椭球形,直径25μm的粉末则保留了球化前的不规则形状,但粉末轮廓变得平滑。粉末中SiC质量分数降低为6.64%(体积分数为11.89%),粉末表层SiC质量分数降低为5.63%,部分SiC颗粒重新分布在ZrB_2颗粒的间隙处,并且粉末中出现ZrB_2-SiC的共晶或伪共晶组织。结论使用SHS技术能够制备出两相分布相对均匀、颗粒细小的ZrB_2-SiC复合陶瓷,虽然其含有较多孔洞,但颗粒之间相互接触部位的结合比较紧密。IPS处理后,粒径25μm的ZrB_2-SiC复合粉末的致密度和球形度获得了显著提高,粉末中SiC在IPS过程中的部分分解导致其含量未能达到最佳范围。     

熔盐电沉积法制备ZrB_2的研究进展

ZrB_2因具有低密度、高熔点、高热导率、高抗热震性和较低的热膨胀系数等特点而在机械、化工、电子、航天、航空等许多领域中有着广泛的应用前景。本文主要介绍了熔盐电沉积法制备ZrB_2的研究进展,并概述了B(Ⅲ)和Zr(Ⅳ)在不同熔盐体系中的电化学还原机制及ZrB_2的阴极还原过程,为熔盐制备ZrB_2提供理论基础。同时,展望了熔盐电沉积法制备ZrB_2的应用前景。     

石墨和C/C复合材料表面ZrB2-SiC陶瓷涂层的研究进展

C/C复合材料具有优异的高温力学性能,是航空航天领域最具发展前景的结构材料之一,但在高温含氧环境中的氧化问题严重地限制了其实际应用。涂层技术是提升基体抗氧化能力的有效手段,因ZrB_2-SiC陶瓷涂层具有优异的抗氧化、抗烧蚀、抗热震等性能,非常适合作为C/C复合材料的高温防护涂层。首先,介绍了ZrB_2-SiC陶瓷涂层在氧化和烧蚀过程中组织结构的演变规律,阐明了该涂层的高温防护机理;然后,综述了该涂层的主要制备方法(包埋法、CVD、等离子喷涂)及每种方法的优点与不足,并对不同方法所制备涂层的抗氧化性和抗烧蚀性进行了比较;之后,针对该涂层研究和应用中存在的问题,如涂层致密性差、元素分布不均匀、应用温度范围窄、与基体热匹配性差等,从粉体改性和掺杂改性两方面总结了该涂层的改性研究现状,重点阐述了对ZrB_2-SiC粉末进行喷雾造粒和感应等离子球化处理对于提升等离子喷涂涂层性能的重要意义;最后,从涂层制备、涂层结构设计、涂层改性、涂层性能测试等方面,指出了该涂层体系存在的主要问题和未来的发展方向。     

陶瓷及陶瓷基复合材料连接的研究进展

综述了近年来陶瓷及陶瓷基复合材料连接的研究进展。包括陶瓷及陶瓷基复合材料润湿机理的研究、润湿性的改善、连接界面组织结构的演变及与接头力学性能的关系、接头连接机理及连接应力的缓解方法。同时,对连接中间层的选择,包括玻璃陶瓷中间层、复合中间层、复合钎料及梯度中间层的研究也进行了归纳总结。分析了目前研究已经取得的突破进展及仍然存在的问题,并对未来陶瓷及陶瓷基复合材料连接的研究方向进行了展望。     

免热处理(TiB_(2)+ZrB_(2))/Al-Mg-Mn基复合材料的显微组织与力学性能EI北大核心CSCD

基于交通、航空航天等领域高强韧精密复杂零件免热处理的需求,采用原位生成反应法制备了(TiB_(2)+ZrB_(2))/Al-Mg-Mn基复合材料,对比研究了重力铸造和挤压铸造制备的(TiB_(2)+ZrB_(2))/Al-Mg-Mn基复合材料的微观组织和力学性能。结果表明:原位生成反应法制备的复合材料中生成了大量纳米级的TiB_(2)和ZrB_(2)颗粒。拉伸实验结果表明,挤压铸造复合材料试样的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为296 MPa、185 MPa和12.2%,这些参数比重力铸造成型的Al-Mg-Mn合金分别提高了57%、95%和40%;比重力铸造复合材料分别提高了12%、11%和36%。分析发现,复合材料相比无添加Al-Mg-Mn合金强韧性能更高的原因在于TiB_(2)和ZrB_(2)颗粒协同增强细晶强化作用;而挤压铸造成型的复合材料的力学性能优于重力铸造成型的复合材料的主要原因在于挤压力所致的晶粒细化和Orowan强化作用。