碳短纤维-ZrB2陶瓷基复合材料的制备与性能研究

对ZrB2-Sic（ZS）材料和碳短纤维，ZrB2-SiC（ZSC）材料的断裂韧性、室温至900℃弯曲强度进行了测试和研究。结果表明：短纤维的加入可以显著提高材料的断裂韧性、从4．25MPa．m^1/2提高到6．56MPa．m^1/2，纤维拔出和脱粘以及裂纹的桥接和偏转是材料断裂韧性提高的原因；ZS和ZSC材料弯曲强度从室温到900℃经历了不同的过程，但都是两种因素共同作用的结果，即温度升高，晶界软化所带来的对裂纹的愈合作用与温度升高所带来的界面结合强度下降的作用。     

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.     

热压反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料的工艺及性能研究

以二硼化锆、正硅酸乙酯、蔗糖为原料,采用溶胶-凝胶法制备ZrB2-SiC前躯体,然后利用热压反应烧结方法,在1800℃,30MPa压力,流动的Ar气氛条件下,制备出高致密的ZrB2-SiC复合材料。其最大相对密度达到99.6%。ZrB2-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性都随着SiC含量的增加先增加后降低。当SiC含量为20%时,ZrB2-SiC复合材料断裂韧性最大达到5.1MPa·m1/2。ZrB2-SiC复合材料的最大弯曲强度为272MPa,比报道出的值要低,这可能与过大的ZrB2晶粒有关。但当SiC含量为30%时,由于出现大量气孔而使材料不致密,从而导致其力学性能下降。     

SPS烧结ZrB2-SiC复合陶瓷的力学性能

用放电等离子体烧结(SPS)制备了ZrB2-30%SiC复合陶瓷材料,在万能力学试验机上测试陶瓷材料的弯曲强度和断裂韧性,用SEM观察陶瓷材料的断口形貌,并分析材料的断裂机制.结果表明ZrB2-SiC复合陶瓷的弯曲强度为743 MPa,断裂韧性为6.5 MPa·m1/2;断裂机制主要是沿晶断裂和穿晶断裂的混合机制.     

SPS烧结ZrB2-SiC复合陶瓷的力学性能

用放电等离子体烧结（SPS）制备了ZrB2-30％SIC复合陶瓷材料，在万能力学试验机上测试陶瓷材料的弯曲强度和断裂韧性，用SEM观察陶瓷材料的断口形貌，并分析材料的断裂机制。结果表明ZrB2-SiC复合陶瓷的弯曲强度为743MPa，断裂韧性为6．5MPa.m^1/2；断裂机制主要是沿晶断裂和穿晶断裂的混合机制。     

纳米ZrB2粉体放电等离子烧结制备ZrB2基超高温陶瓷的系统研究

本文采用纳米ZrB2粉体系统研究了ZrB2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ZrB2在1550℃的低温下即发生快速的致密化烧结。ZrB2-SiC陶瓷经1800℃放电等离子烧结后可实现完全致密化,并且材料的弯曲强度高达1078±162 MPa。在1700℃采用放电等离子烧结成功制备了ZrB2-SiC-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·m1/2)和非脆性断裂的模式。同时,ZrB2-SiC-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。     

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.     

微波辅助氮化烧结制备TiCN基功能梯度金属陶瓷的组织与性能

采用微波加热氮化烧结法制备了TiCN基梯度功能金属陶瓷,运用超景深显微镜、带有能谱的电子探针和扫描电镜分析了材料的微观组织和成分,研究了烧结温度对材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:随烧结温度的升高,材料的力学性能先升高后降低。在1500℃获得较高的综合力学性能,分别为弯曲强度1456MPa,硬度90.7HRA,断裂韧性10.06 MPa·m1/2。材料的韧化机制为细晶强韧化,裂纹偏转,裂纹桥接。在所制备的金属陶瓷基体中,发现了一种新的芯-环结构,这种结构对材料力学性能的提高具有显著作用。     

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。