Si3N4-ZrO2-La2O3系统反应合成ZrN及相图构建

本工作研究了Si3N4-ZrO2-La2O3三元系统的相关系,采用X射线衍射仪分析了物相组成。结果表明,在1500℃/1 h/N2气氛条件下固相反应,生成了ZrN和La4.67Si3O13、La5Si3NO12、La4Si2N2O7、LaSiNO2、La2Zr2O7等镧盐化合物的共存相。由于生成的氮化锆和硅酸镧等化合物不在Si3N4-ZrO2-La2O3三元系统内,需引入SiO2测定SiO2-La2O3-ZrO2三元分系统相图,进而扩大成Si3N4-ZrO2-La2O3-SiO2-ZrN五元系统,本工作绘制并提出了此五元系统相图,且提出了1570℃时SiO2-La2O3-ZrO2三元分系统实验相图。此外,验证了La2O3在Si3N4-ZrO2-La2O3三元系统反应中促进Si3N4-ZrO2取代反应生成ZrN的作用。

ZrB_(2)/ZrC/SiC复相陶瓷前驱体的制备及其陶瓷化研究

针对陶瓷前驱体转化率低、热稳定性差的缺点,以正丙醇锆为锆源,苯硼酸为硼源,乙酰丙酮为配位剂,通过配位鳌合反应、取代反应成功制备了主链为B-O-Zr结构的线型含硼、锆聚合物PBZ。将其与硅炔树脂(PTSA)共混制备具有优异耐高温性能和高陶瓷化产率的复相陶瓷前驱体PBZS,该前驱体通过硅氢加成反应以及脱氢偶联反应形成高度交联的三维立体网络固化物。采用FT-IR对PBZ结构进行表征,XRF分析了PBZ的元素组成;利用固化前后的红外分析探讨了PBZS的固化行为,运用TGA研究了PBZS的耐热性能;TGA测试表明,固化产物具备优异的热稳定性能,1000℃以下,氮气中的质量残留率为94.12%。通过XRD、XRF、TEM和Raman研究了PBZS的陶瓷化演变,结果表明,前驱体PBZS经过1600℃热解后转化为ZrB_(2)/ZrC/SiC复相陶瓷,陶瓷产率为66.2%,晶粒尺寸在100 nm左右且分布均匀。

ZrB_(2)–SiC–Zr_(2)Al_(4)C_(5)复相陶瓷烧结反应机理与高温氧化行为

ZrB_(2)基复相陶瓷在超高温领域有着重大应用潜力,但其韧性低、抗氧化性差限制了其实际应用。以Zr、B4C、Al、C和Si粉为原料,采用反应放电等离子体烧结制备出ZrB_(2)–SiC–Zr_(2)Al_(4)C_(5)复相陶瓷,研究了反应过程和反应机理,探究了Zr_(2)Al_(4)C_(5)含量和氧化温度对复相陶瓷高温氧化行为的影响,揭示了其抗氧化机制。结果表明:900℃时,B4C和Zr反应开始生成ZrB_(2);1100℃开始生成SiC;1400℃时反应初期形成的Zr3Al3C5与ZrC及Al4C3生成了Zr_(2)Al_(4)C_(5);但随着温度继续升高Zr_(2)Al_(4)C_(5)则会转化为Zr3Al4C6。复相陶瓷氧化后主要物相为ZrO_(2)、ZrSiO_(4)和铝硅酸盐以及SiO_(2)玻璃相;随着Zr_(2)Al_(4)C_(5)含量的增加,氧化层表面呈现出凹凸不平、疏松多孔,存在明显的长条状晶粒和不均匀分布的玻璃相。本工作为深化对ZrB_(2)–SiC基复相陶瓷的高温氧化行为的理解提供了实验依据,为开发高性能ZrB_(2)–SiC基高温复相陶瓷提供了实验与理论支持。