【摘 要】
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B4C-TaB2-SiC系共晶复合材料有望兼具Ta B2、B4C和Si C三者优良的性能,有望广泛应用于发动机、高超音速飞行器、炉体和高温屏蔽等。本研究采用电弧熔炼法制备B4C-TaB2-SiC系共晶复合材料,探索了B4C-TaB2-SiC系共晶复合材料的共晶点,重点研究了共晶复合材料的微观结构以及机械性能、电性能和热性能,探讨材料的组成与微观结构对性能的影响。采用电弧熔炼法制备B4C-Ta B2
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B4C-TaB2-SiC系共晶复合材料有望兼具Ta B2、B4C和Si C三者优良的性能,有望广泛应用于发动机、高超音速飞行器、炉体和高温屏蔽等。本研究采用电弧熔炼法制备B4C-TaB2-SiC系共晶复合材料,探索了B4C-TaB2-SiC系共晶复合材料的共晶点,重点研究了共晶复合材料的微观结构以及机械性能、电性能和热性能,探讨材料的组成与微观结构对性能的影响。采用电弧熔炼法制备B4C-Ta B2二元共晶复合材料,寻找材料的共晶配比、共熔点,观察共晶结构的微观形貌、测定其机械性能、电性能和热性能,探讨材料组成与微观结构对材料性能的影响。结果表明,复合材料组成在共晶配比即70B4C-30Ta B2（mol%）时,共晶复合材料的微观结构为大面积均匀、细小的共晶组织,共晶结构由棒状二硼化钽相（直径约为1μm）均匀分布在B4C基质中。B4C-Ta B2复合材料的维氏显微硬度随Ta B2含量的增加而减小,在共晶组成时复合材料的硬度最大为27.8 GPa。B4C-Ta B2复合材料的断裂韧性随Ta B2含量的增加而减小,共晶组成时复合材料的断裂韧性达到最大值为4.1 MPa m1/2。B4C-Ta B2复合材料的电导率随温度升高而小幅上升,在共晶组成时复合材料的电导率在298-873 K温度范围内的数值为1.33×10~4-2.87×10~4 Sm-1。B4C-Ta B2复合材料的热导率随Ta B2含量的减小而下降,随着温度升高复合材料的热导率降低,在共晶组成时复合材料的热导率在298-873 K温度范围内的数值为16-17WK-1m-1。由于Si C有良好的导热能力、高硬度、抗氧化和高温强度等优异的性能且Si C对二硼化物来说是一种有效的烧结助剂,故进而研究了B4C-TaB2-SiC三元共晶复合材料。结果表明,B4C-TaB2-SiC复合材料的组成在共晶配比时,即50B4C-10Ta B2-40Si C（mol%）时复合材料的微观结构为均匀且均细致的共晶组织,层状共晶结构由二硼化钽相（厚度大约600 nm）和碳化硅相（厚度大约1.5μm）均匀分布在B4C基质中。B4C-TaB2-SiC复合材料的维氏硬度值和断裂韧性值在B4C的含量为45-50 mol%附近时,普遍高于其他组成下的值,在共晶组成时达到了最高值分别为35.0 GPa和7.6 MPa m1/2。B4C-TaB2-SiC三元体系的维氏硬度和断裂韧性均高于B4C-Ta B2二元体系。B4C-TaB2-SiC复合材料的电导率随温度升高而缓慢上升,呈现半导体特性,随着Ta B2含量的增加,B4C-TaB2-SiC复合材料的电导率会增大。在共晶组成时复合材料的电导率在298-873 K温度范围内基本保持2.65×10~3-7.32×10~3 Sm-1范围内。B4C-TaB2-SiC复合材料的热导率随温度升高而小幅下降,随着B4C含量的减少,B4C-TaB2-SiC复合材料的热导率会增大。在共晶组成时复合材料的热导率在298-873 K温度范围内从37.7 KW-1m-1缓慢下降至23.2 KW-1m-1。
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