硼化锆复合中间层连接铬酸镧陶瓷的工艺及性能研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alfred0612
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铬酸镧陶瓷是一种ABO3型钙钛矿体系的复合氧化物,耐腐蚀,高温下具有良好的化学与物理稳定性,是一种新型的电热材料,但是由于铬酸镧陶瓷本身的脆性及不易加工性,使得大而复杂的陶瓷制品制作困难,限制了它的应用范围,而且实际应用时,一些大而复杂的铬酸镧制品部分损坏后,无法再次利用。利用连接技术可以制备大而形状复杂的铬酸镧陶瓷,可以修复部分损坏的制品,为解决铬酸镧陶瓷的成型及修复的问题开辟了新的思路。二硼化锆基复合材料具有高熔点、高强度、高硬度以及高的电导率,化学稳定性良好,与作为电热元件的铬酸镧陶瓷性能相近。本文将二硼化锆基复合材料作为中间层进行铬酸镧陶瓷的连接,不仅可以利用二硼化锆优良的性能,而且还不影响铬酸镧陶瓷本身的性能,有助于连接件获得与母材相近的性能。另外,采用的放电等离子烧结(Spark Plasma Singering,SPS)技术中的脉冲电流产生的等离子体和烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度,同时低电压、高电流的特征能使粉末烧结致密。以二硼化锆基复合材料作为中间层,利用放电等离子技术连接铬酸镧陶瓷具很大的研究意义。本文采用SPS烧结技术制备了ZrB2-Al复合材料与ZrB2-SiC复合陶瓷两种体系的材料。实验结果表明,当ZrB2:Al=1:1(mol)的混合粉末,烧结温度为1500℃、升降温速率为100℃/min、轴向压力为30 MPa、保温时间为5 min时,烧结出了致密度为99.29%的中间层块体,热膨胀系数也达到9.56×10-6·K-1,电阻率为0.04 mΩ·cm-3,热膨胀系数及电阻率均与铬酸镧陶瓷更为匹配。当ZrB2中加入10vol%的SiC,经1500℃烧结后,制备出的致密度为88.37%的复合陶瓷块体的热膨胀性能为7.50×10-6·K-1,电阻率为0.02 mΩ·cm-3,与铬酸镧陶瓷较为匹配。采用两种ZrB2复合材料作为中间层,利用放电等离子烧结技术进行了铬酸镧陶瓷连接实验,研究探索了不同原料配比,不同烧结温度下连接铬酸镧陶瓷的抗弯强度,以及连接界面,并分析其连接机理。本次实验以摩尔比ZrB2:Al=1:1的混合粉末为中间层连接温度为1500℃时,得到了最高抗弯强度为23.79 MPa的连接件;以90vol%ZrB2+10vol%SiC混合粉体为中间层,烧结温度为1450℃时,得到了最高抗弯强度为29.7 MPa的连接件。以ZrB2复合材料作为中间层材料连接铬酸镧陶瓷时,实现高强度连接主要以扩散连接为主,反应连接为辅。
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