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。     

烧结温度对ZrB2-SiC超高温陶瓷致密化的影响

利用放电等离子烧结技术（SPS）在不同的烧结温度下对ZrB2-SiC超高温陶瓷进行烧结，研究了烧结温度对烧结体致密化的影响。结果表明，在烧结温度分别为1650℃、1750℃、1850℃和1950℃，升温速度为200℃／min，保温时间为1min，压力为50MPa时，随着烧结温度的提高，烧结体的致密度呈上升趋势。当烧结温度高于1850℃时，烧结体的致密化过程明显加剧；通过对不同烧结温度下制得的试样的XRD谱图分析发现，当温度高于1850℃时ZrB2-SiC陶瓷中的SiC相会发生3C相到4H相的转变，这可能就是当烧结温度高于1850℃时烧结体致密度会急剧上升的原因。     

基于非均匀成核法制备ZrB2／B4C陶瓷复合材料

以ZrOCl2·8H2O和B4C为主要原料，采用非均匀成核法、原位生成和无压烧结技术制备出ZrB2／B4C陶瓷复合材料。重点探讨了烧结温度对ZrB2／B4C陶瓷复合材料组织结构和性能的影响。结果表明，随着烧结温度的升高，ZrB2／B4C陶瓷复合材料的密度和硬度均为先升高后降低。材料的最佳烧结温度为2060℃，烧结时间为0．5h。在最佳烧结工艺条件下，ZrB2／B4C陶瓷复合材料的相对密度、硬度和断裂韧性分别为96％T．D，42．3GPa和4．7MPa·m^1/2。     

基于非均匀成核法制备ZrB2/B4C陶瓷复合材料

以ZrOCl2·8H2O和B4C为主要原料,采用非均匀成核法、原位生成和无压烧结技术制备出ZrB2/B4C陶瓷复合材料.重点探讨了烧结温度对ZrB2/B4C陶瓷复合材料组织结构和性能的影响.结果表明,随着烧结温度的升高,ZrB2/B4C陶瓷复合材料的密度和硬度均为先升高后降低.材料的最佳烧结温度为2060 ℃,烧结时间为0.5 h.在最佳烧结工艺条件下,ZrB2/B4C陶瓷复合材料的相对密度、硬度和断裂韧性分别为96% T.D,42.3 GPa和4.7 MPa·m1/2.     

SPS快速反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料及其过程研究

以Zr,B4C,Si粉为起始原料,利用放电等离子烧结(SPS)技术,在1450℃,30 MPa,保温3 min的条件下快速反应烧结制备得到相对致密度约为98.5%的ZrB2-SiC复合材料.制备得到的复合材料硬度约为17.2 GPa,断裂韧性约为4.3 MPa·m1/2.通过对SPS过程中不同阶段试样的分析,探讨了复合材料的形成过程.结果表明:当温度达到950℃时,通过X射线衍射(XRD)观察到中间相ZrxSiy的出现,此时主相为ZrB2;随着SPS过程的进行,反应不断发生,当温度约为1250℃时,反应基本结束.     

SPS快速反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料及其过程研究

以Zr，B4C，Si粉为起始原料，利用放电等离子烧结（SPS）技术，在1450℃，30MPa，保温3min的条件下快速反应烧结制备得到相对致密度约为98．5％的ZrB2-SiC复合材料。制备得到的复合材料硬度约为17．2GPa，断裂韧性约为4-3MPa·m^1/2。通过对SPS过程中不同阶段试样的分析，探讨了复合材料的形成过程。结果表明：当温度达到950℃时，通过X射线衍射（XRD）观察到中间相ZrxSiy的出现，此时主相为ZrB2．随着SPS过程的进行，反应不断发生，当温度约为1250℃时，反应基本结束。     

热压烧结制备SiCw/ZrB2陶瓷复合材料的研究

在烧结温度和压力为1800 ℃和30 MPa条件下热压烧结制备ZrB2-20%(体积分数, 下同)SiCw陶瓷复合材料,并研究两种不同SiC晶须对材料的显微组织与力学性能的影响.结果表明,复合材料的弯曲强度和断裂韧性与SiC晶须的长径比有关,长径比越大材料的性能越好,弯曲强度和断裂韧性最高为651 MPa和5.97 MPa·m1/2;与单相的ZrB2材料及SiC颗粒增强ZrB2复合材料相比,断裂韧性有显著提高;其主要增韧机制为裂纹偏转、晶须桥连和拔出.     

放电等离子烧结MoSi_2陶瓷的微观结构与力学性能

以微米级MoSi_2粉末为原料,利用放电等离子烧结技术制备致密度达99%的MoSi_2陶瓷材料。研究烧结温度对MoSi_2陶瓷的致密化、微观结构和力学性能的影响。结果表明:SPS烧结技术制备的MoSi_2陶瓷由MoSi_2、少量的Mo_5Si_3和SiO_2组成;随着烧结温度的升高,材料的致密化效果明显加强;当烧结温度为1600℃时,材料的综合性能最优,相对密度和抗弯强度达到98.9%和417 MPa。但当烧结温度达到1800℃时,致密度基本保持不变,MoSi_2晶粒长大明显,材料抗弯强度降低。     

ZrB2-20％SiC超高温陶瓷抗热震性能研究

采用放电等离子烧结工艺在1850℃烧结温度、升温速度200℃／min、保温3min、压力50MPa条件下制备了ZrB2—20％SiC（体积分数，下同）超高温陶瓷材料。通过不同温度下单次和5次重复热震（水淬试验）后测试材料的残余强度来评价ZrB2一SiC陶瓷材料的抗热震性能，通过SEM分析研究材料的热震损伤机制。研究结果表明，随着热震温度的提高，ZrB2-SiC材料热震后的残余强度逐渐降低，但1400℃热震后形成的玻璃相，对裂纹有修补、愈合的作用，提高了试样的残余强度。单次热震的损伤机制主要是微裂纹的产生。5次热震后试样的残余强度与相同温度下的单次热震相比要低很多，5次热震的损伤机制是氧化和微裂纹的共同作用。ZrB2-SiC材料的抗热震试验结果显示了该材料具有优异的抗热震性能。     

ZrB2基层状复合材料的制备与性能研究

以SiC颗粒和纳米SiC晶须复合增韧的ZrB2为基体层,以金属Mo为界面层,采用轧膜成型和热压烧结的方法,在1950℃,1 h,25 MPa压力/Ar气氛的条件下,成功制备了ZrB2/Mo层状复合材料.结果表明:制备的ZrB2/Mo层状复合材料的室温断裂韧性可达9.3±0.21 MPa·m1/2;通过对Mo界面层的合金化可使其抗弯强度达到400±36 MPa,并且减弱了Mo层的室温脆化,克服了层状材料开裂现象.其主要增韧机制包括裂纹分叉钝化、裂纹偏转、裂纹沿界面层并行扩展等.Mo与ZrB2基体层发生界面反应生成MoB,ZrB以及Mo5SiB2,从而形成了强结合界面,影响了层状结构强韧化优越性的发挥.     

放电等离子烧结ZrB_2-YAG-Al_2O_3复相陶瓷的氧化性能

通过共沉淀法获得包覆式Al2O3-Y2O3/ZrB2复合粉体并对其进行放电等离子烧结来提高ZrB2陶瓷的烧结致密度和高温抗氧化能力。研究表明:通过引入YAG-Al2O3制备的陶瓷和纯ZrB2陶瓷相比,在相同氧化条件下得到的氧化层厚度有所变薄,说明通过引入YAG-Al2O3可以改善ZrB2陶瓷的抗氧化性能。在相同氧化条件下,引入Al2O3越多的陶瓷氧化层厚度越小。     

MoSi_2/ZrB_2基超高温陶瓷SPS制备研究

ZrB2具有良好的抗氧化、抗热震和抗烧蚀性能。采用放电等离子体烧结(SPS)工艺,添加体积分数为10%~20%的MoSi2烧结助剂,选取不同的烧结参数,制备出超高温陶瓷成品。经测试,ZrB2-15%MoSi2(体积分数)体系的陶瓷致密度可达99.88%,维氏硬度可达1 612,通过SEM分析,该陶瓷具有典型的核(ZrB2)-壳(MoSi2、MoB)结构,可以作为高超声速飞行器热防护用陶瓷材料的候选方案。     

原位TiB增强ZrB2-SiC接头的界面组织和力学性能

以Ag-Cu共晶箔和Ti箔的叠层箔片为中间层,实现了ZrB2-SiC复合陶瓷自身的连接。扫描电镜和能谱分析表明:液态钎料中的Ti能够与ZrB2反应,在陶瓷表面原位生成了具有定向分布的TiB晶须,接头的典型界面结构为ZS/TiB(Ag(s,s))/TiCu(AgCu4Zr)/Ag(s,s)/TiCu(AgCu4Zr)/TiB(Ag(s,s))/ZS。研究了不同温度下接头的组织演化规律,发现ZrB2在液态钎料中的分解温度为860℃,TiB晶须的生成温度为880℃。接头在900℃下保温10 min获得最高抗剪强度134 MPa。较高的强度主要得益于原位TiB晶须阵列对陶瓷表面应力的调节,以及形成陶瓷向焊缝中心的梯度过渡。     

ZrB2/Al2O3 composite powders prepared by self-propagating high-temperature synthesis

Self-propagating high-temperature synthesis（SHS） method was used to synthesize ZrB2/Al2O3 composite powders from B2O3-ZrO2-Al system. X-ray diffractometry（XRD） and scanning electron microscopy（SEM） analyses show the presence of ZrB2 and Al2O3 as the primary phases in the composite powders, while the presence of a very small amount of ZrO2 is thought to be unreacted zirconium oxide. Transmission electron microscopy（TEM） and high resolution electron microscopy（HREM） observations of microstructure of the composite powders indicate that the interfaces of ZrB2/Al2O3 bond well without any interracial reaction products. It is proposed that the good interfacial bonding of composite powders results from the ZrB2 particles crystallizing and growing on the Al2O3 particles surface with surface defects acting as nucleation centers.     

ZrB2-SiC基超高温陶瓷（UHTCs）的反应烧结及SHS粉体制备

用普通反应热压方法（RHP）和反应放电等离子体方法（R-SPS）原位反应制备了ZrB2-SiC，ZrB2-SiC—ZrC，ZrB2-SiC-ZrN，以及ZrB2-SiC-AIN4种复合材料。从密度，物相以及显微结构等方面比较了两种烧结方式之间的差别，对于升温速度较慢的普通热压方法，反应分步进行，显微结构不均匀；对于升温速度快的放电等离子体烧结，原料间的自蔓延反应被点着，反应速度快，显微结构均匀。同时以红外灯的热量为点火源，引发了Zr，Si及B4C间在空气气氛下的自蔓延反应，制备了较纯及粒径约为1μm的活性粉体。     

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。     

Spark plasma sintering of ZrB2 powders synthesized by citrate gel method

The densification behavior of nanocrystalline zirconium diboride (ZrB₂) powders with nickel (5 vol%) is reported by spark plasma sintering (SPS) technique. SPS experiments were performed at 1600 and 1900 °C with 65 MPa pressure and 1 min holding time. A maximum relative density around 95% was obtained after SPS processing of ZrB₂ at 1900 °C while the density of ZrB₂ sample sintered at 1600 °C reached 88% of the theoretical density. Hardness and fracture toughness values are 11 GPa and 4.11 MPa m^1/2 for the sample sintered at 1600 °C and 13.7 GPa and 2.65 MPa m^1/2 for the sample sintered at 1900 °C, respectively.     

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。     

机械合金化制备纳米ZrB2-TiB2复合粉末

本文采用Zr、Ti、B为原料（摩尔比：1:1:4）,在氩气气氛保护下,采用机械合金化方式,在球料比10:1、球磨转速500 rpm实验条件下制备了纳米结构的ZrB2-TiB2。文章采用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）,透射电镜（TEM）仪器,对不同球磨时间粉末的相组成、微观结构进行了表征。结果发现,原始粉末经120小时球磨后,粉末主要由ZrB2和TiB2组成,平均尺寸再20纳米左右,TiB2 分布于ZrB2基体上。文章还探讨了该体系获得目标产物的机械合金化机制。     

Y2O3掺杂ZrB2-SiC基超高温陶瓷的抗烧蚀性能

为改善ZrB2-SiC基超高温陶瓷的抗氧化和抗烧蚀性能,在制备过程中加入Y2O3。用氧乙炔火焰法来考察ZrB2-SiC-Y2O3的抗氧化和抗烧蚀性能。采用SEM和XRD分析烧蚀前后形貌及物相。材料在加热和冷却过程中没有出现开裂现象,说明其具有良好的抗热冲击性能。微观组织分析表明,氧化层主要由4层组成,且氧化层与基体层没有明显的剥离。结果表明:Y2O3的添加可以将氧化产物中的高温稳定相稳定到室温,减少由于相变发生的体积膨胀,改善氧化层与基体层的粘结性能。