复相增强增韧碳化硼陶瓷的研究

碳化硼是一种非常坚硬的材料,硬度可达到5000MPa(即50GPa),在1000℃可以抵抗空气的腐蚀,具有较高的抗酸性和抗碱性,可以用作磨料、切削刀具、耐磨零件喷嘴、轴承、车轴等,利用它导热性好,热膨胀系数低、能吸收热中子的特性,可以制造高温热交换器,核反应堆的控制剂。利用它耐酸碱性好的特性,可以制作化学器皿,熔融金属坩埚等。通过B4C和TiC的化学反应、Si和C的化学反应,在碳化硼基体内原位反应生成TiB2和SiC晶相,生成的TiB2晶粒粒径:0.5~1μm,SiC晶粒粒径: 3μm以下,且两种晶相均匀分布在碳化硼基体中。当加入20wt%TiC粉末和 14wt%Si粉末时,复相碳化硼陶瓷的断裂韧性KIC值达到 6.08 MPa.M1/2,维氏硬度HV值达到32.5Gpa,分别比纯碳化硼性能提高19.8%、10.9%;当加入26wt%TiC粉末和18wt%Si粉末时,则复相碳化硼陶瓷断裂韧性KIC值达到6.48 MPa.M1/2和维氏硬度HV值达到 32.63 Gpa,分别比纯碳化硼性能提高33%、11.4%。在复相陶瓷中B4C、TiB2和SiC这3种晶相热膨胀系数的不匹配产生残余应力,从而产生应力偏转和微裂纹增韧,同时裂纹沿着B4C、TiB2和SiC的晶界扩展,避免出现穿晶出现,是陶瓷增韧增强的主要机理,同时产生的游离碳和游离硅反应生成SiC晶相,能进一步延长裂纹在晶界处扩展速率。