论文部分内容阅读
具有层状结构的碳化物陶瓷兼有金属和陶瓷的优良性能。在常温下有很好的导热性能和导电性能,有较低的硬度和较高的弹性模量和剪切模量;此外还具有高的屈服强度、高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能等优异性能,因此是很好的高温结构材料。本文通过热压烧结技术制备了Zr2(Al(Si))4C5四元陶瓷,分析了Zr2Al4C5的合成路径,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、三点弯曲试验、单边切口梁法等分析测试方法对其组织和力学性能进行了分析,并对其抗氧化性进行了重点研究。以ZrC、Al和炭黑粉末为起始原料,利用差热分析、XRD和拉曼光谱等手段对不同温度下得到的产物进行了分析,通过分析Zr2Al4C5合成路径,并最终确定了制备Zr2(Al(Si))4C5的工艺路线。Zr2(Al(Si))4C5具有各向异性的微观结构,晶粒呈长棒状,晶粒不均匀且存在孔洞,室温下维氏硬度和弯曲强度较高,断裂模式为穿晶断裂。在25-900℃温度区间,由于材料内部释放的热应力,使得高温弯曲强度随温度升高而升高。在25-1200℃热容随温度升高而增大,热导率则随温度升高而降低;平均热膨胀系数(CTE)随温度升高而呈抛物线形式增大。热冲击实验表明,有较好的抗裂纹扩展能力。如何提高晶粒均匀性和致密度,才能有效提高材料性能,需要做进一步的研究。对Zr2(Al(Si))4C5四元陶瓷进行了高温恒温氧化实验,分析了不同温度下的恒温氧化动力学曲线,发现在1000℃满足抛物线规律,在1100℃则为线性规律,在1200℃为近似抛物线规律。对不同温度下的氧化层的结构进行分析,发现氧化层成分1000℃下主要的是Al2O3以无定形态存在。1000-1200℃是α-Al2O3和t-ZrO2组成的单层结构。Zr2(Al(Si))4C5的抗氧化性较差,这是由于没有形成致密的的保护膜。在三种温度下,试样氧化层厚度与时间成抛物线性关系。如何形成连续的氧化保护膜,以及增加Si的含量(如用SiC作为另一相)使其在更高的温度下形成铝硅酸盐以提高Zr2(Al(Si))4C5的抗氧化能力需要进一步研究。