论文部分内容阅读
B4C-HfB2-SiC系复合陶瓷材料兼具B4C、HfB2和SiC优异的机械·电·热等综合性能，使其成为新一代的超高温结构材料而具有广泛的用途，例如切削工具、高温电极、炉膛元件、燃气涡轮机、火箭发动机、机翼前缘、飞行器鼻锥以及超音速飞行器的热防护系统等。本论文采用电弧熔炼法制备B4C-HfB2-SiC系共晶复合陶瓷材料，重点研究其微观结构和机械·电·热性能，探究材料组成和结构对材料性能的影响。 采用电弧熔炼法制备了B4C-HfB2二元共晶复合陶瓷材料，研究其共晶配比、共熔点、微观结构、相与相之间的结晶取向关系以及综合性能，探究材料组成和结构对材料性能的影响。结果表明，在70B4C-30HfB2(mol％)组成时，B4C-HfB2复合陶瓷材料具有大面积分布均匀且细小的共晶组织，此规则的层状共晶组织由HfB2相（厚度大约1?m）均匀分布在B4C基质中。B4C-HfB2复合陶瓷材料的维氏显微硬度随B4C含量的增加而快速上升，在共晶组成时达到最大值31.2GPa，其断裂韧性随B4C含量的增加而先上升后下降，在共晶组成附近达到最大值5.9MPa m1/2。 B4C-HfB2复合陶瓷材料的电导率和热导率随HfB2含量的增加而增大，基本上随着温度的升高而下降，在共晶组成时，其电导率在298-800 K温度范围内为7.43×104-8.94×104Sm-1，其热导率在298-973K温度范围内为16-18WK-1m-1；但其热膨胀系数在共晶组成时达到最大值（7.18×10-6K-1在293-1273K温度范围内），偏离其理论预测值。 由于SiC有着高硬度、良好的导热性能、抗热冲击、抗氧化以及高温强度等性能，尤其SiC可阻碍二硼化物晶粒过度生长从而提高复合材料的机械性能，进而研究了B4C-HfB2-SiC三元共晶复合陶瓷材料。结果表明，在45B4C-15HfB2-40SiC(mol%)组成时，B4C-HfB2-SiC复合陶瓷材料具有大面积分布均匀且细小的共晶组织，此层状的共晶组织由HfB2相（大约500nm厚度）和SiC相（大约700nm厚度）均匀分布在B4C基质中。B4C-HfB2-SiC复合陶瓷材料的维氏显微硬度和断裂韧性在共晶组成时达到最大值，分别为35.7GPa和6.5MPa m1/2，均高于B4C-HfB2二元共晶体系。 B4C-HfB2-SiC复合陶瓷材料的电导率随着HfB2含量的增加而增大，随温度的升高基本上保持不变，在共晶组成时，其电导率在298-800K温度范围内基本保持在0.94×104-1.09×104Sm-1。其热导率随着温度的升高而下降，随着HfB2含量的增加，B4C含量的减少而增大，且在共晶组成时达到最小值23-32WK-1m-1。其热膨胀系数随HfB2含量的增加，SiC含量的减少而上升，在共晶组成时达到最大值（6.42×10-6K-1在293-1273K温度范围内），偏离其理论预测值。