BN-SiO2-Al2O3系陶瓷复合材料的组织、抗热震和抗等离子侵蚀性能
本文以h-BN、非晶SiO2、α-Al2O3粉体为原料,在1650℃/30MPa/1hAr气保护条件下热压烧结制备了不同组分的BN-SiO2-Al2O3系陶瓷复合材料。利用DSC、XRD、SEM、TEM等分析手段和三点弯曲、淬水热震和等离子体发动机等离子体羽流溅射等技术,系统研究了BN含量对其显微组织、力学性能、热学性能、抗热震性能和抗等离子溅射性能的影响规律及机理。结果表明,热压烧结制备的该系陶瓷复合材料中,h-BN稳定存在,非晶SiO2和α-Al2O3反应生成莫来石。当BN含量为10vol.％40vol.%时,材料中含BN,莫来石和Al2O3三相;残留Al2O3呈球形镶嵌于连续莫来石晶粒内,并使其产生大量位错,随BN含量增加,莫来石中位错密度逐渐降低。当BN含量为50vol.%和60vol.%时,该系材料中主要含有BN,莫来石和非晶SiO2三相,莫来石晶粒变为规则的等轴状,但大小不均匀,分布在非晶SiO2和h-BN之间,且其中已看不到位错;BN晶粒则为层片状,其中有丰富的层错。BN含量增加,复合材料密度、维氏硬度逐渐下降,显气孔率随BN含量增加逐渐升高,但都低于0.5%。抗弯强度、弹性模量和断裂韧性则先升高后下降,在BN为40vol.%时达到峰值,分别为284.3MPa,257GPa和3.99MPa?m1/2。BN含量为20vol.%和30vol.%时,复合材料的等压比热随温度增加呈单调递增趋势;其他含量时,随温度增加,则先增后降。1000℃时,含30vol.%BN的该系陶瓷复合材料等压比热最高,为1.4J·g-1·K-1。当BN为10vol.%时复合材料的热膨胀系数最高,BN为20vol.%50vol.%时非常接近,BN为60vol.%时最低。BN为60vol.%时复合材料热导率最低,其余规律不明显。该系陶瓷复合材料热震后强度普遍降低,而BN含量为60vol.%时残余抗弯强度却显著提高,800℃,1000℃温差热震后的残余抗弯强度分别为原始抗弯强度的134.5%,125.8%,表现出最优的抗热震性。BN-SiO2-Al2O3系陶瓷复合材料表现出良好的抗等离子溅射性能,但随BN含量增加和材料致密度的下降,使其呈小幅线性下降趋势。
陶瓷复合材料;显微组织;力学性能;抗热震性;抗等离子溅射性能
哈尔滨工业大学
硕士
材料学
贾德昌
2007
中文
TF124.5;TF125.31
69
2014-05-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）