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碳化硼(B4C)陶瓷以其诸多的优良性能成为一种重要的特种陶瓷材料,但由于自身键合的特点,其烧结十分困难,并且B4C陶瓷脆性较大、断裂韧性较低,这大大限制了碳化硼陶瓷在工程上尤其是在军工领域的应用。以促进烧结过程的进行、改善力学性能为目标,首次将能够发生合成反应的Al-B2O3-C体系引入到B4C陶瓷的烧结过程中,分别通过热压-反应烧结(RHP)和放电等离子-反应烧结(RSPS)制备了B4C/Al2O3复相陶瓷,对其相对密度、显微组织、物相组成、力学性能以及抗弹能力进行了研究。首先对Al-B2O3-C反应体系进行了热力学分析,计算了该体系在不同初始温度下所能达到的绝热温度,从理论上分析了平衡状态下可能存在的物相,并通过差热分析及X射线衍射图谱研究了由Al、B2O3和C逐步生成Al2O3和B4C的反应机理。以B4C、Al、B2O3和C粉体为原料,用热压烧结和放电等离子烧结法(SPS)制备了相对密度达到98%T.D.以上的B4C/Al2O3复相陶瓷,其中基体B4C的含量为55wt.%~80wt.%。研究了成分烧结工艺对致密化过程的影响,对于热压-反应烧结和SPS-反应烧结,压力均为35MPa时,1750℃/30min和1650℃/3min分别为较为理想的烧结条件,所得样品的相对密度最高,而较高的烧结温度和较长的保温时间都会导致样品致密度的下降。用两种方法制备的B4C/Al2O3复相陶瓷中,当基体B4C的含量为55wt.%时,样品的相对密度均达到最大值,分别为98.9%T.D.和99.4%T.D.。对所制得的B4C/Al2O3复相陶瓷进行力学性能测试,基体B4C的含量在65wt.%~70wt.%之间时,其洛氏硬度最高,可达到95HRA;其抗弯强度为450MPa;断裂韧性随B4C含量的增加而降低,最高为5.2 MPa·m1/2,相比纯B4C陶瓷提高了147.6%。相对密度的提高及第二相(Al2O3)的存在是力学性能提高的主要原因。通过理论分析及具体试验研究了约束对陶瓷力学性能的影响,表明约束能够有效增强材料抵御裂纹扩展的能力。对B4C/Al2O3复相陶瓷施加侧向约束后,其断裂韧性由5.2 MPa·m1/2增加到了6.5MPa·m1/2。对分别处于无约束及约束状态的B4C/Al2O3复相陶瓷进行了抗弹能力测试,结果表明所研制的B4C/Al2O3陶瓷靶材能够有效防护12.7mm口径穿甲燃烧弹的打击,其防护系数比ZrO2增强Al2O3陶瓷(AZ瓷)提了10%,比B4C陶瓷提高了80%。对陶瓷试样进行约束使防护系数进一步提高3%~10%。这是由于约束一方面改善了陶瓷靶板本身的力学性能;另一方面约束阻止了发生断裂后陶瓷靶板的崩落,加剧了陶瓷颗粒对弹体的磨蚀,更多地消耗了弹体侵彻的动能。