玻璃熔渗法制备低成本碳化硼陶瓷复合材料的研究

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采用熔渗法制备陶瓷复合材料具有制备温度低、制备时间短、工艺简单、低成本和净尺寸制备等诸多优点,受到了研究者的关注。对于熔渗法制备碳化硼陶瓷复合材料,目前的研究热点主要集中在铝合金熔渗和硅熔渗等方面,采用玻璃熔渗法制备碳化硼陶瓷材料还未见报道。本文采用高硼玻璃熔块620-1和玻璃瓦熔块2011作为熔渗剂,研究了玻璃熔块与碳化硼的润湿性、熔渗温度以及复合材料的显微组织、致密性与力学性能,并进一步研究了二硼化钛含量对玻璃熔渗碳化硼复合材料的显微组织、致密性与力学性能的影响,最终制备出了性能优异的碳化硼陶瓷复合材料。本文研究结果对玻璃熔渗法制备低成本碳化硼陶瓷复合材料的进一步研究及应用具有重要的指导意义。论文首先研究了高硼玻璃熔块620-1真空熔渗制备玻璃-碳化硼复合材料的工艺、组织和性能,结果表明:高硼玻璃熔块620-1真空熔渗碳化硼坯体制备碳化硼-玻璃复合材料的最佳熔渗温度为1550℃,所得复合材料的体积密度、相对密度、开口气孔率、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为2.50 g/cm3、98.1%、0.13%、252 MPa、3.96 MPa·m1/2和13.0 GPa。其次,研究了玻璃瓦熔块2011真空熔渗制备玻璃-碳化硼复合材料的工艺、组织和性能,结果表明:以玻璃瓦熔块2011作为熔渗剂制备的碳化硼陶瓷材料具有更好的力学性能。熔块2011真空熔渗碳化硼坯体制备碳化硼-玻璃复合材料熔渗温度为1450℃时,所得复合材料的综合力学性能达到最优,其体积密度、相对密度、开口气孔率、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为 2.64 g/cm3、99.2%、0.38%、271 MPa、4.35 MPa·m1/2和 14.8 GPa。最后,研究了 TiB2添加量对熔块201 1真空熔渗制备玻璃-碳化硼复合材料的组织与性能,结果表明:采用B4C-TiB2复合坯体制备的玻璃熔渗碳化硼陶瓷材料具有更好的力学性能,当TiB2添加量为5 wt%时玻璃熔块2011熔渗B4C-TiB2-玻璃复合材料的力学性能达到最优,其体积密度、相对密度、开口气孔率、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为 2.67 g/cm3、99.3%、0.07%、285 MPa、4.42 MPa·m1/2和 15.1 GPa。
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