超高温碳化物和硼化物陶瓷及碳纤维增强超高温陶瓷的研究进展

随着现代军事发展对空天飞行器和高超声速飞行器的迫切需求,急需发展抗热冲击性能和力学性能等良好的超高温陶瓷材料。然而,超高温陶瓷材料存在易脆、抗热冲击性能差等问题。针对于此,近年来通过将碳纤维引入到超高温陶瓷基体中,极大地提升了超高温陶瓷本身的断裂韧性和抗热冲击性能。本文首先介绍了超高温碳化物和硼化物陶瓷的性能,并讨论了引入第二相对其抗氧化性能和力学性能等的增强效果;其次介绍了碳纤维对超高温陶瓷材料的增强机制,并且在碳纤维引入后对超高温陶瓷的抗热冲击性能、抗氧化烧蚀性能、力学性能等方面的增强进行了细致讨论;最后,对未来碳纤维增强超高温陶瓷基复合材料的发展方向进行了展望。

硼化物陶瓷:烧结致密化、微结构调控与性能提升

TiB2、ZrB2、HfB2、B4C及BN为代表的硼化物陶瓷具有优异的物理化学性能,在超高温、超硬以及超疏水等极限条件下有广阔的应用前景,但材料的烧结致密化困难、断裂韧性低等问题制约了它们更为广泛的应用.本文针对无压烧结在材料制备过程中的优势,探讨了影响硼化物陶瓷无压烧结的主要因素,总结了以"除氧"机制为代表的硼化物陶瓷无压烧结技术;针对硼化物陶瓷韧性低的不足,介绍了以"板晶增韧"、"纳米相增强"为代表的硼化物陶瓷微结构调控手段和强韧化措施.最后,文章还对硼化物陶瓷的织构化设计、制备方法与性能提升进行了简要介绍.

硼化物陶瓷及其应用

介绍了硼化物陶瓷的结构特点和性质，综述了硼化物的应用现状，并对其应用前景进行了展望。

坡缕石对三元硼化物陶瓷涂层磨损性能的影响

采用热化学反应热喷涂技术,向骨料中加入坡缕石制得喷涂喂料粉末,在Q235钢表面制备含坡缕石的三元硼化物陶瓷涂层,观察了涂层的显微组织,测试了涂层的耐磨性能,分析了坡缕石对三元硼化物陶瓷涂层显微组织和耐磨性的影响。结果表明:坡缕石的添加,使得涂层变得致密且具有一定减摩效果;坡缕石的添加量占骨料总质量的2%时,所得三元硼化物陶瓷涂层的耐磨性比未加坡缕石时平均提高4倍。

坡缕石对三元硼化物陶瓷涂层磨损的影响

三元硼化物陶瓷涂层由于其硬度高、耐磨性好、热膨胀系数与Fe相近,是良好的钢基耐磨涂层。坡缕石由于其化学组成和独特的晶体结构,是减摩材料的良好选择。将占骨料总质量分数1%、2%、3%的坡缕石添加到三元硼化物陶瓷涂层中,对比涂层之间耐磨性变化。结果表明:坡缕石的添加虽然对涂层结合强度无太大影响,但是提高了涂层的耐磨性和减摩性,且含2%坡缕石涂层耐磨性提高最多。

硼化物陶瓷基涂层制备技术的研究进展

硼化物陶瓷是一种新型陶瓷材料,具有诸如高熔点、高硬度、高化学稳定性以及高耐磨、抗腐蚀性等优异的综合性能,在耐火材料、工程陶瓷、核工业、宇航等领域有着广泛应用,而通过多种工艺制备的硼化物陶瓷基涂层同样具有很好的性质和功能,这些优异的特性使得目前硼化物涂层在很多工程领域发挥着极其重要的作用,如超高温部件、高耐磨蚀性部件以及抗金属液腐蚀性的部件、中子辐射防护装置等。本文介绍了硼化物陶瓷基涂层的制备方法,指出了各种方法的优缺点,综述了硼化物陶瓷基涂层的研究进展及其涂层的应用情况,主要包括二元硼化物陶瓷基涂层、多元硼化物基金属涂层等,总结了目前该领域存在的问题,并对今后的发展前景进行了展望。

三元硼化物陶瓷涂层耐磨性的研究

本文采用热化学反应热喷涂技术在Q235钢表面成功制备添加了坡缕石的三元硼化物(Mo2FeB)2陶瓷覆层,研究了涂层的组织和耐磨性,以及添加坡缕石对三元硼化物陶瓷涂层耐磨性的影响。

多元硼化物陶瓷的研究进展

近年来,由于硼化物具有高强度、高硬度等优良性能,硼化物被广泛应用于耐火材料、核工业、航天航空和切割刀具等领域,硼化物陶瓷成为了世界各国研究的热门和重点。介绍包括二元硼化物、三元硼化物、四元硼化物以及高熵硼化物的陶瓷材料,论述当前多元硼化物陶瓷的研究进展,总结硼化物的结构、性能、制备和应用,概述硼化物陶瓷的发展过程以及多元硼化物在性能方面的优化,并对其在未来的发展与前景进行了展望。

高熵硼化物陶瓷研究现状及其在极端环境中的应用前景

随着国内外对地外空间的竞争日益激烈,弹道式导弹鼻锥及载人飞行器返回舱再入大气层、临界空间高超声速飞行器对高性能高温热防护材料需求变得更加迫切。同时由于传统的超高温陶瓷(Ultra-high temperature ceramics,UHTC)的高温物理性能与高温力学性能无法得到良好的兼顾,迫切需要研制能满足结构功能一体化需求的新型UHTC材料匹配日益严苛的极端环境需求。高熵陶瓷作为继高熵合金在金属领域被广泛研究以来高熵材料在陶瓷领域的研究新方向,近五年来得到了国内外学者的广泛关注。本文针对国内外高熵硼化物陶瓷的材料体系、制备方法、物理及力学性能等研究现状进行了梳理归纳,同时针对极端环境下高熵硼化物陶瓷的服役行为及研究方向进行研判。

B_(4)C含量对(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C陶瓷力学性能及抗氧化性能的影响

新型高熵硼化物陶瓷具有优异的高温稳定性、低热导率等优点,在高温热防护领域具有广阔的应用前景。本研究采用硼/碳热还原法结合热压烧结技术在1900℃下制备了(Ti_(0.25)Zr_(0.25)Hf_(0.25)Ta_(0.25))B_(2)-B_(4)C高熵硼化物陶瓷,并研究了B_(4)C第二相含量对其力学及抗氧化性能的影响规律。结果表明,B_(4)C均匀分布在高熵基体中,有效改善了高熵陶瓷的相对密度和力学性能。当B_(4)C体积分数为20%时,复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性以及维氏硬度均达到最高,分别为(570.0±27.6)MPa、(5.58±0.36)MPa·m^(1/2)和(24.6±1.1)GPa。微观结构分析表明,B_(4)C能够钉扎晶界、细化晶粒,并能够引入裂纹偏转、分支等增韧机制,最终实现复相陶瓷的强化及韧化。此外,利用静态氧化实验,揭示了B_(4)C含量对复相陶瓷800~1400℃抗氧化性能的影响。当B_(4)C体积分数不小于20%时,其氧化生成的玻璃相B_(2)O_(3)能够均匀包裹(Zr,Hf)O_(2)、TiO_(x)及Ta_(2)O_(5)等高熵基体对应的氧化物,从而在陶瓷表面形成均匀致密的氧化层,抑制氧向基体内部扩散,降低氧化层厚度并提升复相陶瓷的抗氧化性能。本工作能够为高熵硼化物陶瓷的力学及抗氧化性能研究提供实验依据和数据支撑。

华南理工大学研发出新型陶瓷材料

华南理工大学材料科学与工程学院研究团队在多尺度结构设计方面取得了重大突破,成功制备出一种兼具超强力学强度和高隔热性的高熵多孔硼化物陶瓷材料。据悉,该材料不仅具有超强的力学强度,能够承受极高的压力和温度,而且具有出色的隔热性能.

坡缕石对三元硼化物陶瓷涂层耐磨性的影响

三元硼化物陶瓷涂层由于硬度高、耐磨性好、热膨胀系数与Fe相近,是钢基体耐磨层的优选之一。坡缕石由于其独特的晶体结构,是减摩材料的良好选择。将占骨料总质量分数1%、2%、3%、4%、5%的坡缕石添加到三元硼化物陶瓷涂层中,测试了坡缕石对涂层耐磨性的影响。结果表明,坡缕石的添加使涂层变得致密,但对涂层界面强度影响较小;含2%坡缕石涂层抗磨粒磨损性能提高2.6倍,抗黏着磨损性能提高4.2倍。

高熵碳化物/硼化物陶瓷的研究现状及展望

高熵陶瓷通常是指由5种或5种以上陶瓷组元形成的多组元固溶体,具有极高的硬度和模量、较低的热导率及良好的抗氧化性等优良性能,在航空航天、高速切削工具等极端使役环境下展现出巨大的发展潜力。然而,目前高熵陶瓷的研究尚处于起步阶段,理论判据及成分设计理论的完善、固溶耦合机制的建立、制备方法的优化、高通量计算的应用都是未来亟需研究的方向。本文总结和分析了高熵陶瓷的研究现状,主要介绍了高熵碳化物/硼化物陶瓷的体系设计、制备工艺及性能特点,并对其发展方向进行了分析和展望。

高熵硼化物陶瓷的研究进展

高熵硼化物陶瓷作为高熵陶瓷的一类,因其优异的力学性能和高温稳定性,受到越来越广泛的关注和研究。然而目前还没有针对高熵硼化物陶瓷研究的综述,因此,从高熵硼化物陶瓷的定义出发,概述了第一性原理计算在高熵硼化物研究中,对高熵硼化物材料合成预测以及对性能预测和理解方面的应用,综合评价了各种高熵硼化物陶瓷粉体及块体制备方法的优势和不足,并以力学性能为主,分析了高熵硼化物陶瓷的各类物化性能及其影响因素和机理,最后对理论计算,制备研究和性能探索等方面存在的不足进行总结,同时对未来可能的研究方向进行了分析和展望。

(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)(Me=V,W)高熵硼化物陶瓷的制备与性能

为了制备性能优异的高熵硼化物陶瓷,通过硼热/碳热还原法与放电等离子烧结技术(SPS)结合制备(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)(Me=V,W)高熵硼化物陶瓷,研究V和W对高熵硼化物陶瓷物相组成、形貌和力学性能的影响。结果表明,在1600℃合成的(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)(Me=V,W)高熵硼化物粉末均未形成单相固溶体,经2000℃烧结后(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)形成了完全固溶体,但是(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)样品中还检测到WB相。(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)样品致密度(93.1%)低于(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)(96.7%),但其晶粒尺寸显著小于(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)。(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Ti_(0.2)Me_(0.2))B_(2)具有较高的硬度(24.0 GPa),但断裂韧性低于(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)V_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)(3.32 MPa·m^(1/2))。

三元硼化物基金属陶瓷的制备及性能研究

研究了三元硼化物基金属陶瓷的制备工艺、性能测试及烧结温度对其性能的影响 ,发现在 12 80℃下合成的三元硼化物基金属陶瓷具有较好的力学性能。用扫描电镜对三元硼化物基金属陶瓷进行了必要的显微结构分析 ,为此类金属陶瓷的研究提供了重要的理论和实用价值。

三元硼化物基金属陶瓷的液相烧结及其应用

介绍了三元硼化物基金属陶瓷的发展现状，以ＭＯ２ＦｅＢ２基金属陶瓷ＫＨＭ为例，对三元硼化物基金属陶瓷的原位反应液相烧结工艺过程、烧结机理和力学性能及其应用进行了综述，并对它的应用前景和发展趋势进行了展望．

转速对三元硼化物基金属陶瓷覆层耐磨性的影响

以Mo粉、FeB合金粉和Fe粉为基本原料,同时加入Cr、Ni、C合金元素成分,采用原位反应真空液相烧结工艺,在Q235钢基体上制备三元硼化物基金属陶瓷覆层材料。利用摩擦磨损试验测试了不同转速下三元硼化物基金属陶瓷覆层材料的耐磨损性能,研究了转速对该覆层材料耐磨性的影响。

硼化物超高温陶瓷的研究进展

硼化物超高温陶瓷TiB_2、ZrB_2、HfB_2因其具有高熔点、高导热性及良好的化学稳定性、优异的抗高温氧化性能,被广泛地运用于航空航天等超高温领域。综合介绍了其物理性能和化学性能,并对其氧化行为进行了热力学分析;介绍了其高温防护机理,对改性后的硼化物基超高温陶瓷材料的烧结致密化和涂层的主要制备方法进行了概括,指出了硼化物超高温陶瓷未来的研究方向。

硼化物金属陶瓷涂层的研究进展

综述了近年来在硼化物金属陶瓷涂层领域所取得的研究成果及应用现状,归纳总结了常见的二元、三元硼化物金属陶瓷及其他硼化物金属陶瓷涂层的研究进展。从显微结构、组织形貌、性能特点等方面进行了梳理,并分析总结了各体系涂层的特点与适用条件,为后续的研究工作提供了依据。同时还概括性地指出当前在这一领域中存在的问题与不足,对未来的研究方向进行了展望。