烧结因素对SPS制备单相ZrB_2陶瓷的影响

以粒径为15μm的ZrB_2粉末作为原料,在烧结温度1800℃、压力30 MPa条件下,采用放电等离子烧结(SPS)制备出单相ZrB_2陶瓷,并研究了不同加热速率和不同保温时间对ZrB_2陶瓷烧结体烧结行为、物相、微观结构、致密度及开、闭孔率的影响。采用XRD、FESEM分别分析了样品的相组成和微观形貌,采用阿基米德排水法测量了样品的致密度、开孔率和闭孔率。结果表明,加热速率和保温时间对ZrB_2陶瓷烧结体的物相、微观结构及致密度等影响显著,并得出加热速率150℃/min和保温时间5 min为最佳烧结工艺,所制备出的ZrB_2陶瓷烧结体纯度高、致密度为95.1%、开孔率为1.2%、闭孔率为3.7%。

ZrB_2-YAG-Al_2O_3复相陶瓷的抗氧化性能

通过共沉淀法获得包覆式Al_2O_3-Y_2O_3/ZrB_2复合粉体,对其进行放电等离子烧结制备相应的复相陶瓷,并对不同YAG(钇铝石榴石)、Al_2O_3含量的复相陶瓷进行了氧化试验,用SEM、XRD和电子探针等研究了YAG、Al_2O_3对ZrB_2陶瓷抗氧化性的影响。结果表明:制备的各种复相陶瓷和纯ZrB_2陶瓷相比,在相同氧化条件下表面的氧化层厚度都有所变薄,YAG、Al_2O_3的加入可以改善ZrB_2陶瓷的抗氧化性能;在相同氧化条件下,Al_2O_3含量越多,氧化层厚度越小;在高温条件下,复相陶瓷氧化层中均存在ZrO_2、B_2O_3和Al_(18)B_4O_(33)相,Al_2O_3含量越多,Al_(18)B_4O_(33)相也越多。

ZrB_2基超高温陶瓷抗氧化性研究进展

Zr B2基超高温陶瓷具有硬度高、熔点高、导热性能好以及良好的抗热震性能等优点而广泛应用于飞行器、高超声速导弹、火箭的热端结构部件。超高温陶瓷的服役环境对其抗氧化性有较高的要求。文章就Zr B2基超高温陶瓷的氧化机理、测试方法以及抗氧化性能的研究进展等方面进行了综述。

原位反应烧结Zr_(2)Al_(4)C_(5)化合物增韧ZrB_(2)-SiC复相陶瓷的制备工艺及力学性能

ZrB_(2)-SiC复相陶瓷在超高温领域具有重要的应用前景,但韧性低限制了其应用。本工作通过原位反应烧结制备出Zr_(2)Al_(4)C_(5)化合物增韧ZrB_(2)-SiC复相陶瓷,研究了Zr/Al物质的量比和烧结工艺对复相陶瓷的烧结性能、显微结构和力学性能的影响。结果表明:随着Zr/Al物质的量比的减小,原位反应合成的Zr_(2)Al_(4)C_(5)化合物逐渐增多;随着烧结温度的升高,Zr_(2)Al_(4)C_(5)化合物逐渐反应合成;随着烧结压力的增加和保温时间的延长,复相陶瓷主要相成分为ZrB_(2)、SiC和Zr_(2)Al_(4)C_(5),开气孔率呈现下降的趋势,断裂韧性呈现先增加后降低的趋势。采用Zr/Al物质的量比2∶6、烧结温度1800℃、烧结压力20 MPa、保温时间3 min,通过SPS原位反应烧结制备的Zr_(2)Al_(4)C_(5)化合物增韧ZrB_(2)-SiC复相陶瓷,其断裂韧性可达(5.26±0.37)MPa·m 1/2;韧化机理主要包括裂纹偏折、裂纹桥接、裂纹分叉以及层状Zr_(2)Al_(4)C_(5)晶粒拔出等能量耗散机制。

ZrB_2-SiC超高温陶瓷非晶钎焊界面组织与力学性能研究

采用Cu_(39.37)Ti_(32.19)Zr_(19.38)Ni_(9.06)(原子比)非晶态钎料对ZrB_2-SiC超高温陶瓷进行钎焊。通过X射线衍射、扫描电镜、万能试验机对钎料的微观结构以及钎焊接头形貌、析出相和室温力学性能进行系统分析。结果表明:在一定钎焊温度下,随钎焊时间的增加,接头剪切强度逐渐减小,且伴随裂纹的出现。在钎焊温度1183 K,钎焊时间30 min时获得的剪切强度最高,约为160 MPa。润湿性实验表明该非晶钎料在ZrB_2-SiC陶瓷表面的润湿性良好。接头剪切强度与钎料和母材之间的反应层厚度有关,通过计算得出反应层厚度形成的激活能Q和反应层生长速度A_0,建立了反应层生长规律的表达式。

B_(4)C含量对ZrB_(2)陶瓷微观结构及力学性能的影响

针对ZrB_(2)陶瓷粉末在球磨时易掺入ZrO2,影响ZrB_(2)陶瓷烧结致密化的问题,添加B_(4)C作为烧结助剂,采用无压烧结法制备ZrB_(2)陶瓷材料,研究B_(4)C含量(w(B_(4)C),下同)对材料微观形貌、硬度与抗弯强度的影响。结果表明,B_(4)C通过与晶粒表面的ZrO2发生反应,抑制ZrB_(2)晶粒粗化,减小晶粒尺寸,从而提高烧结致密度。随B_(4)C含量增加,ZrB_(2)陶瓷的晶粒尺寸和相对密度逐渐增大,抗弯强度和硬度先升高后降低。当w(B_(4)C)为7%时,ZrB_(2)晶粒细小,材料的抗弯强度和硬度(HV)达到最大,分别为242 MPa和12.65 GPa。w(B_(4)C)增加至9%时,出现晶粒异常长大,材料力学性能下降。

Nb和TiB_(2)对ZrB_(2)基复合陶瓷材料组织及性能的影响

利用气压辅助烧结法制备ZrB_(2)基复合陶瓷材料,借助力学性能测试、XRD、SEM等探究了添加Nb与TiB_(2)对所制材料烧结行为、力学性能及抗氧化能力的影响。结果表明,金属Nb在烧结过程中发生塑性形变促使ZrB_(2)颗粒重排,同时破坏B—B共价键促进物质扩散,改善了材料的烧结及力学性能,但也造成材料高温抗氧化性能下降。进一步引入TiB_(2)能提高陶瓷材料的力学性能,且反应生成的ZrTiO4有利于形成抗氧化保护层以提高材料的高温抗氧化能力。

AgCu/泡沫Cu/AgCu复合钎料对ZrB_(2)-SiC/Inconel 600合金钎焊接头组织与性能的影响

陶瓷与金属由于其差异较大的热膨胀系数易导致接头残余应力较大,研究者们采用添加中间层方式,成功降低了接头残余应力。本工作采用AgCu/泡沫Cu/AgCu复合钎料对ZrB_(2)-SiC陶瓷与Inconel 600镍基合金进行真空钎焊,系统研究了泡沫Cu厚度对钎焊接头组织和性能的影响。结果表明:所获得的钎焊接头无明显缺陷,焊缝均由Ag_(ss),Cu_(ss)和(Cr,Fe)_(7)C_(3)三种相组成。剪切性能测试表明:添加泡沫Cu中间层获得的接头性能高于未添加泡沫Cu得到的接头,且随着泡沫Cu厚度的增加,焊缝中泡沫Cu骨架结构增多,钎焊接头强度呈先增大后减小的变化趋势。当泡沫Cu厚度为1 mm时,接头获得最优的剪切强度,达到72.5 MPa。通过ABAQUS有限元分析软件对接头残余应力进行分析,添加泡沫Cu钎焊时,接头金属侧残余应力降低了50.6 MPa,ZrB_(2)-SiC侧降低了110.3 MPa,进一步证明添加泡沫Cu能够有效缓解钎焊接头残余应力。

C_(f)/C复合材料的ZrB2-SiC基抗氧化涂层研究进展

C_(f)/C复合材料具有低密度、高热导率、优秀的抗侵蚀性能和良好的抗热震性能等优点,在高超声速飞行器、飞机刹车盘和火箭喷管等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,由于C_(f)/C复合材料的高氧化敏感性,其易产生严重的化学烧蚀和服役性能退化等问题。在C_(f)/C复合材料表面制备ZrB_(2)-SiC基超高温陶瓷基涂层是上述问题的最有效解决方案。基于此,本文综述了ZrB_(2)-SiC基超高温陶瓷涂层的组成/结构设计和抗氧化性能及强化机理的研究现状,系统地分析了ZrB_(2)-SiC基陶瓷涂层常用制备方法的原理和优缺点,并且对本领域研究的未来发展方向进行了展望。