SiCw/ZrB2复相陶瓷的制备及力学性能研究

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本文采用热压烧结工艺以SiC晶须作为第二相制备SiCw/ZrB2复相陶瓷材料。为研究晶须的增韧补强机理,我们选取了不同的SiCw/ZrB2复相陶瓷的烧结工艺参数;考察了晶须酸洗处理、不同烧结工艺等对复合材料性能的影响;并对SiCw/ZrB2、SiCp/SiCw/ZrB2复相陶瓷的微观组织、力学性能进行了研究。最后使用水淬法测试了复合材料的抗热震性能并分析复合材料抗热震机理。首先考察了烧结温度、保温时间和烧结压力对材料性能的影响。随着烧结温度、保温时间和烧结压力的升高,材料的相对密度和弯曲强度增加,断裂韧性降低。材料显微结构分析表明,SiC晶须均匀分布在基体材料中,在垂直于热压方向的热压面内随机分布。SiC晶须的加入明显改善了复合材料的致密度,达到了98.8%。随着SiC晶须含量的增加基体材料的颗粒尺寸从7.5μm减小到了4.0μm。透射电镜分析表明ZrB2-SiCw界面周围存在热残余应力失配而产生的应力环。SiCw/ZrB2复相陶瓷的室温抗弯强度随SiC晶须含量的增加呈先上升后下降的趋势,最大抗弯强度为786MPa;而断裂韧性随SiC晶须含量的增加逐渐升高,最大断裂韧性为7.12MPa·m1/2。高温抗弯强度测试结果表明,在温度为600℃时,最高的抗弯强度为805MPa。随着温度的进一步升高,材料的抗弯强度下降。SiC颗粒的加入明显的增加了材料的弯曲强度,当SiC颗粒含量为5%时达到最大值733MPa ,而断裂韧性在7%时达到最大为6.83 MPa·m1/2。强韧化分析表明,ZrB2陶瓷的断裂模式以穿晶断裂为主,加入SiC晶须后,复相陶瓷的断裂模式转变为穿晶/沿晶混合断裂。SiCw/ZrB2复相陶瓷韧性的提高是裂纹偏转与桥连、晶须拔出等多种增韧方式综合作用的结果。抗热震性能测试结果显示,SiCw/ZrB2复相陶瓷的单次热震和5次热震都保留了至少80%的初始强度。材料的热震损伤机制是氧化和微裂纹的共同作用。
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