大规格B4C/Al复合薄板材料的制备及性能研究

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随着人类航天事业的发展,空间碎片环境日益恶劣,这些空间碎片围绕地球高速运行,严重威胁航天器安全。为防护空间碎片的撞击,结合目前广泛使用的防护结构,需制备大规格的薄板材料。B4C/Al复合材料具有轻质、高强、高韧的特点,是一种良好的防护材料,本课题利用流延成型和无压浸渗工艺成功制备了大规格B4C/Al复合薄板材料,该材料具有良好的力学性能,并尝试利用B4C/Al复合粉末直接流延成型,然后叠层烧结,降低了烧结温度。首先利用沉降实验、Zeta电位测试和粘度测试等手段,研究了有机流延浆料和水基流延浆料各组分的最佳加入量、分散机理以及浆料流变性。流延结果表明,有机流延成型制得的陶瓷素坯表面状态、密度、断裂强度、断裂伸长率均优于水基流延成型制得的陶瓷素坯。所以,最终选用有机流延成型完成后续实验工作。研究了加入不同粘结剂含量的流延素坯烧结后的陶瓷骨架性能,结果表明,粘结剂含量为4.5wt%的膜片烧结后的骨架开口气孔率较高且具有足够的强度。然后分别在1000℃、1100℃、1200℃对陶瓷骨架进行无压浸渗,结果表明,在1200℃下浸渗效果最好,得到的复合材料力学性能最佳,其抗弯强度、弹性模量、断裂韧性和维氏硬度分别为468MPa、214GPa、9.86MPa·m1/2和15.21GPa,较模压成型的复合材料力学性能稍差。尝试利用B4C/60wt%Al复合粉末进行了流延成型。分别在650℃、720℃、780℃在空气炉中对复合粉末流延素坯进行叠层烧结,力学性能测试结果表明,在720℃烧结后材料孔隙率最低仅为1.7%,力学性能最佳,抗弯强度、断裂韧性、弹性模量、维氏硬度分别为412MPa、10.58MPa·m1/2、211GPa、13.73GPa。另外,经EDX分析得知,体系中氧元素含量为6.98%,说明B4C和Al被氧化程度不高。
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