硼酸镁晶须原位生长及连接MgO陶瓷工艺与机理

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:judy17318
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硼酸镁晶须具有原料易得,生产成本较低,制备工艺流程简便,力热性能尤为突出等优点,因此在增强金属、陶瓷、复合材料等方面,具有大规模的实际应用。本文采用在MgO陶瓷表面原位生长硼酸镁晶须的方法实现MgO陶瓷自身的连接,该连接方法通过焊缝内部晶须的交织生长实现。利用SEM电镜、能谱分析、XRD、透射电镜等方法对硼酸镁晶须以及连接接头的组织形貌进行分析,利用力学测试方法分析不同连接温度和保温时间下接头的强度。采用B2O3, MgO+B2O3, KCl+MgO+B2O3, K2SO4+MgO+B2O3,MnO2+MgO+B2O3五种混合粉末形式在MgO陶瓷表面进行了硼酸镁晶须的原位生长,均能在MgO表面得到不同形貌的晶须。以单纯的B2O3作为原料可以成功实现硼酸镁晶须在MgO陶瓷表面的原位生长。晶须在MgO陶瓷表面的分布密度较大,但形态短小,长度大约为2-10μm,直径大约为1-2μm,分布较杂乱,生长的方向大多与MgO陶瓷表面呈30°以下的较小夹角。向B2O3原料中加入MgO粉末质量分数达到10%时,晶须在陶瓷表面分布密度较大,长径比最大可达20:1,无粉体和杂相残留。但晶须的生长方向与MgO陶瓷夹角仍较小。采用三种助溶剂对硼酸镁晶须生长方向以及分布密度进行了改善,当加入KCl为助溶剂时,晶须的生长方向与陶瓷表面夹角明显增大;当加入K2SO4作为助溶剂时,晶须的长径比有了较大提高;当加入MnO2作为助溶剂时,晶须的形貌更加均匀,分布密度加大。采用KCl+MgO+B2O3粉末为中间层,成功实现了对MgO陶瓷的自身连接,焊缝内部为致密的晶须网络,通过晶须的交织提供连接强度。分析工艺参数对接头组织性能的影响,最终确定850oC,保温4h的情况下接头弯曲强度最高,达到62MPa。研究了工艺参数对接头组织性能的影响规律,发现随着连接温度的升高,晶须密度增大,接头的强度逐渐提高。接头的强度随着保温时间的增加而升高,在4~6h后基本达到最大值62MPa,之后强度不再继续升高。在小于1h的保温时间下,体系内晶须的生长过程并没有彻底完成。在大于12h的保温时间下,体系内晶须消失,转变为致密的组织,强度继续升高。
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