【摘 要】
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碳化硼具有低密度、高硬度、和良好的中子吸收等特点被广泛应用于耐磨材料、防弹装甲、以及核能等领域。但碳化硼陶瓷难以烧结制备,其力学性能较差,这也限制了其进一步的应用。本文将热压烧结技术和锻造工艺相结合,首先通过热压烧结制备致密碳化硼陶瓷坯体,然后通过高温锻造变形使碳化硼陶瓷产生性能强化。本文对高温锻造过程中锻造温度和锻造压力两个关键因素进行了研究,分析了不同温度和压力下碳化硼陶瓷的变形过程、微观结构
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碳化硼具有低密度、高硬度、和良好的中子吸收等特点被广泛应用于耐磨材料、防弹装甲、以及核能等领域。但碳化硼陶瓷难以烧结制备,其力学性能较差,这也限制了其进一步的应用。本文将热压烧结技术和锻造工艺相结合,首先通过热压烧结制备致密碳化硼陶瓷坯体,然后通过高温锻造变形使碳化硼陶瓷产生性能强化。本文对高温锻造过程中锻造温度和锻造压力两个关键因素进行了研究,分析了不同温度和压力下碳化硼陶瓷的变形过程、微观结构及力学性能,考察了其蠕变动力学,构建了碳化硼变形机制图,讨论了其变形机制演化与变形工艺的关系。通过研究得出以下结论:（1）随着锻造温度的升高,碳化硼变形量增加,在1900℃进行热锻其最大轴向应变可达71.53%;碳化硼陶瓷晶粒略有长大;穿晶断裂的比例提升;碳化硼陶瓷的硬度、断裂韧性、抗弯强度均升高。（2）随着锻造压力的增加,样品的轴向应变和应变速率增加,最大轴向应变由锻造压力90 MPa的样品获得,轴向应变为86.01%;随着锻造压力的增加,晶粒生长所有抑制;在1900℃,热锻压力90 MPa下获得最优综合力学性能,热锻碳化硼硬度达39.21±0.4 GPa,抗弯强度达665±27 MPa,断裂韧性为3.80±0.40MPa·m1/2。（3）碳化硼在1900℃热锻变形过程中的应力指数n=3.01,活化能为290k J/mol。结合热锻实验确定了碳化硼各个物理参数,构建了碳化硼变形机制图。随着晶界扩散活化能的降低,PLC-NHC、PLC-CC、CC-NHC（Power-law Creep-PLC、Nabarro-Herring Creep-NHC、Coble-Creep-CC）的边界线均向更高的温度移动,当晶界扩散活化能小于216 k J/mol时,Nabarro-Herring蠕变将不会发生;随着晶粒尺寸的减小,PLC-CC、PLC-NHC、CC-NHC的边界线也都向更高的温度和应力移动,当晶粒尺寸小于144nm时,Nabarro-Herring蠕变将不会发生。在1900 oC热锻时,当晶粒尺寸为2μm-5μm时,NHC-PLC的边界应力为35.84-89.92MPa之间。结合热锻温度和晶粒尺寸,实验所采用1900℃热锻温度和90MPa热锻压力超过了NHC-PLC的边界应力,达到了Power-law蠕变区,其变形过程为位错机制控制的蠕变变形。
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