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SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的制备及力学性能研究

作　者: 刘成勇
导　师: 张幸红
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: ZrB2 SiC晶须 组织结构 力学性能 抗热震性
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-29
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 ZrB_2陶瓷材料的研究现状  10-17
    1.2.1 ZrB_2陶瓷简介  11-13
    1.2.2 ZrB_2陶瓷的烧结工艺及复合化  13-16
    1.2.3 ZrB_2陶瓷存在的问题及展望  16-17
  1.3 SiC_w增韧陶瓷基复合材料的研究现状  17-25
    1.3.1 SiC_w简介  17-19
    1.3.2 SiC_w补强增韧机制  19-23
    1.3.3 SiC_w对复合材料性能的影响因素  23-25
    1.3.4 SiC_w存在的问题及展望  25
  1.4 SiC_w/ZrB_2陶瓷材料的研究现状  25-28
  1.5 研究的主要内容  28-29
第2章 试验材料与实验方法  29-36
  2.1 试验原料  29-30
  2.2 混料及试验设备  30-32
    2.2.1 混料  30-32
    2.2.2 热压设备  32
  2.3 复合材料基本性能测试  32-35
    2.3.1 密度及相对密度测试  32-33
    2.3.2 抗弯强度测试  33-34
    2.3.3 断裂韧性测试  34
    2.3.4 硬度的测定  34-35
  2.4 复合材料物相分析及微观结构观察  35
    2.4.1 X射线衍射(XRD)分析  35
    2.4.2 扫描电镜(SEM)观察  35
    2.4.3 透射电镜观察  35
  2.5 热震  35-36
第3章 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的制备  36-48
  3.1 引言  36
  3.2 材料体系及烧结工艺参数  36-37
  3.3 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷热压烧结工艺研究  37-40
    3.3.1 烧结温度  37-38
    3.3.2 保温时间  38-40
    3.3.3 烧结压力  40
  3.4 SiC_w的酸洗处理  40-44
  3.5 放电等离子烧结法制备SiC_w/ZrB_2复相陶瓷  44-47
  3.6 本章小结  47-48
第4章 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的微观组织及力学性能  48-68
  4.1 引言  48
  4.2 材料体系  48-49
  4.3 SiC_w/ZrB_2、SiC_p/SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的微观组织  49-55
    4.3.1 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的微观组织  49-52
    4.3.2 SiC_p/SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的微观组织  52-55
  4.4 SiC_w/ZrB_2、SiC_p/SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的力学性能  55-62
    4.4.1 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的力学性能  55-60
    4.4.2 SiC_p/SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的力学性能  60-62
  4.5 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的增韧机制  62-67
    4.5.1 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的断裂模式  62-63
    4.5.2 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的增韧机理  63-65
    4.5.3 断裂韧性的理论计算  65-67
  4.6 本章小结  67-68
第5章 SiC_w/ZrB_2复相陶瓷的抗热震性能  68-81
  5.1 引言  68-69
  5.2 热震理论  69-73
    5.2.1 热应力断裂理论  69-70
    5.2.2 热冲击损伤理论  70-72
    5.2.3 断裂发生和裂纹扩展的统一理论  72-73
  5.3 水浴温度的选择  73-74
  5.4 热震性能分析  74-79
    5.4.1 单次热震性能试验及结果分析  74-77
    5.4.2 5 次热震循环试验及结果分析  77-79
  5.5 抗热震参数的计算  79-80
  5.6 本章小节  80-81
结论  81-82
参考文献  82-86
攻读学位期间发表的学术论文  86-88
致谢  88

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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