论文部分内容阅读
微波烧结技术不但具有节能、高效等优势,其高频电磁场还能引起某些材料特异性的产生,因此成为国内外学者研究的热点。传统工业上合成碳化硼晶体产率低,杂质多,能耗大,不符合资源节约、环境保护的可持续发展理念,若利用碳材料自身介质损耗,结合微波烧结技术快速高效制备出碳化硼晶体,扩宽碳化硼复合材料的应用,将会对碳化硼行业产生极大的影响。本课题采用微波加热方式,以廉价的煤粉和硼酸为原料,在无气氛保护的条件下,利用2.45 GHz的TE666单频微波烧结炉成功制备出了不同形貌的B4C晶体,研究了加热温度、保温时间和Na2CO3添加剂含量等条件对微波合成碳化硼粉体的影响,并分析了微波加热过程中热效应行为;同时,利用粉末冶金真空热压的方法制备出性能优良的碳化硼铝基复合材料,并对烧结温度、保温时间等工艺条件进行了探究,分析了烧结样品的断裂类型,揭示了B4C、Al界面结合机理。结果表明:微波烧结能在较低的温度下实现碳化硼有效、快速的合成,微波特殊的体积加热能使生成的碳化硼依附于煤粉颗粒表面发生原位生长,在1600℃时会形成边长小于150 nm、厚度约40 nm的碳化硼纳米片,1700℃时形成直径50 nm左右碳化硼球形颗粒,继续增加温度至1800℃,颗粒直径增加为150 nm;随着保温时间的延长,碳化硼纳米片发生长大交联,碳化硼颗粒间会生成堆垛层错较多的晶须;同时,Na2CO3的分解增强了气-固反应机率,CO2气体被电离形成空间热点,促进B、C原子之间界面反应,当Na2CO3含量达9 wt%经过1800℃烧结后,会形成中空“竹节”状碳化硼晶体。本文还利用粉末冶金热压烧结方法制备出碳化硼铝基复合材料,最佳热压烧结工艺条件:热压压力30 MPa,烧结温度700℃,保温45 min。在碳化硼铝基复合材料制备过程中,湿法球磨混料使得铝粉颗粒表面形成很薄的氧化铝薄膜层,提高了Al与B2O3界面相容性;当碳化硼含量为10 wt%时,碳化硼铝基复合材料硬度最高达2.53 GPa,抗弯为350 MPa,其力学性能相比于传统铝合金制品有极大的提高;当碳化硼含量为12.5 wt%时,抗弯强度最高为425 MPa,可能由于碳化硼铝基复合材料在制备过程中形成Al3BC相,使得该溶质原子对位错起到钉扎作用,导致复合材料抗弯强度增加;碳化硼铝基复合材料样品断裂形式主要有:铝基体撕裂、碳化硼颗粒穿晶断裂及碳化硼颗粒拔除后裂纹扩展断裂三种类型。