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二硼化锆(ZrB2)作为一种重要的超高温陶瓷材料,具有高熔点(3245℃),高硬度(23 GPa),高导电性及优良的热稳定性等优异性能,被广泛用于超音速飞行器的热保护系统、超燃冲压发动机部件以及高温电极和熔融金属密封系统等领域。利用ZrB2-SiC复合粉体为原料制备的陶瓷涂层具有优异的抗热震、耐腐蚀和抗烧蚀性能,是C/C复合材料超高温抗氧化涂层的理想候选材料之一。在ZrB2基体中添加SiC还可以改善陶瓷材料的烧结性能,扩大其应用领域。本研究采用优化的碳热还原工艺合成高纯ZrB2粉体和ZrB2-SiC复合粉体;利用所得粉体为陶瓷原料,采用热压烧结法制备ZrB2-SiC复相陶瓷;采用一步还原工艺合成超细ZrB2-SiC复合粉体。本文以Zr02、H3BO3、炭黑为原料,对碳热还原工艺进行优化,研究了硼源含量、煅烧温度、保温时间对ZrB2粉体物相组成和显微结构的影响;初步探讨了ZrB2晶粒的生长过程。研究表明,ZrB2粉体的最佳合成工艺条件为:H3BO3过量80wt%,煅烧温度1600℃,保温时间90 min。由于煅烧过程中熔融态B203的存在,为碳热还原反应提供了液相条件,ZrB2晶粒发生定向生长,最终呈现规则的柱状结构,平均粒径约6-8 μm。在原料中添加NaCl后,由于高温下熔融的NaCl为反应体系提供液态熔盐环境,ZrB2晶粒的定向生长更加明显,最终形成长条状结构。在原料中引入不同比例的SiC粉体,通过碳热还原法原位生成ZrB2,制备成分均匀、微观结构紧密的ZrB2-SiC复合粉体,研究了 SiC含量、煅烧温度对粉体合成的影响。研究发现,在煅烧过程中SiC会限制晶界迁移率,起到晶粒生长抑制剂的作用。当SiC添加量为30 vol%时,在1600℃保温90 min后,所得粉体中ZrB2晶粒粒径约1-2μm,柱状ZrB2和颗粒状SiC均匀地分布在一起。当SiC体积分数增加至40 vol%后,ZrB2晶粒的生长由于扩散距离显著增加而受到强烈抑制;由于Ostwald熟化和完整平面二维成核生长机制,SiC晶粒呈现层状结构。另外,研究发现,SiC的引入阻碍ZrB2晶粒的再结晶过程,距离较远的ZrB2晶粒不再继续长大,所需能量减小,从而降低粉体的最佳煅烧温度。本文以自制ZrB2粉体和SiC粉体为原料,采用热压烧结工艺制备ZrB2-SiC复相陶瓷,研究了添加剂(B4C)和SiC含量对复相陶瓷致密度的影响;研究发现,B4C和SiC的最佳添加量分别为1 wt%和30 vol%。采用所得ZrB2-SiC复合粉体为原料制备复相陶瓷,研究了不同原料对陶瓷性能的影响;研究结果表明,利用ZrB2-SiC复合粉体为原料,热压烧结制备的复相陶瓷的致密性及力学性能均可以得到改善。本文以ZrO2、B4C、炭黑为原料,在1500℃保温60 min后,合成了颗粒状ZrB2微粉,粒径约0.5-2 μm。在原料中引入硅源(Si或SiO2)后,采用一步还原工艺,系统的研究了硼源含量、煅烧温度对ZrO2-B4C-C-Si体系与ZrO2-B4C-C-SiO2体系合成ZrB2-SiC复合粉体的影响。研究结果表明,两种体系合成复合粉体的最佳工艺条件均为:B4C过量20 wt%,煅烧温度1500℃,保温时间60 min。当采用Si为硅源时,可以获得超细ZrB2-SiC复合粉体,ZrB2和SiC颗粒均匀的分布在一起,粒径约100-300 nm。另外,煅烧过程中产生的CO在高温下与Si发生反应合成了 SiC晶须。根据Rietveld全谱拟合计算结果可知,复合粉体中SiC的相对含量为14.4 wt%。