【摘 要】
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碳化硼(B4C)陶瓷作为一种特种陶瓷,应用范围广泛。B4C具有烧结致密困难、断裂韧性低、导电性差等特点,开发B4C复合陶瓷是改善B4C综合性能的有效途径。另外,B4C复合陶瓷在应用过程中,往往需要与金属结构材料连接作为一个部件使用,因而发展B4C复合陶瓷与金属的连接技术对其应用而言具有重要的现实意义。ZrB2和SiC陶瓷具有优异的高温力学性能和抗氧化性能,若将这两种陶瓷引入至B4C中有望改善其综合
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碳化硼(B4C)陶瓷作为一种特种陶瓷,应用范围广泛。B4C具有烧结致密困难、断裂韧性低、导电性差等特点,开发B4C复合陶瓷是改善B4C综合性能的有效途径。另外,B4C复合陶瓷在应用过程中,往往需要与金属结构材料连接作为一个部件使用,因而发展B4C复合陶瓷与金属的连接技术对其应用而言具有重要的现实意义。ZrB2和SiC陶瓷具有优异的高温力学性能和抗氧化性能,若将这两种陶瓷引入至B4C中有望改善其综合性能。本论文利用放电等离子烧结技术,以Zr Si2为烧结助剂,在较低的温度下通过原位反应制备了B4C-ZrB2-SiC复合陶瓷,研究了烧结助剂含量、烧结工艺参数对致密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性和抗氧化性能等综合性能的影响,并讨论了其相应的影响机制。此外,研究了SiCw晶须的添加对烧结和综合性能的影响。在此基础上,采用Ag-Cu-Ti活性钎料,对B4C-ZrB2-SiC复合陶瓷与TC4钛合金的钎焊连接进行了研究。主要结论如下:1)在1600℃烧结过程中,Zr Si2与B4C反应形成了弥散分布的ZrB2和SiC,改善了碳化硼的烧结性能。随着Zr Si2含量从15 vol.%增加至30 vol.%,复合陶瓷的综合性能不断提高。添加30 vol.%Zr Si2样品致密度为98.4%,维氏硬度为35.3GPa,室温抗弯强度为510.9MPa,断裂韧性为6.9MPa·m1/2。此外,ZrB2和SiC的形成同时提高了复合陶瓷的抗氧化性能及高温抗弯强度。2)添加30 vol.%Zr Si2、烧结压力50MPa、保温时间10min的条件下,烧结温度从1550℃提高至1600℃,复合陶瓷的综合性能有较大提高,而从1600℃提高至1700℃,综合性能的改善并不明显。此外,烧结温度1600℃、烧结压力50MPa的条件下,保温时间从10min延长至50min,复合陶瓷的综合性能改善也不明显。3)添加30 vol.%Zr Si2、烧结温度1600℃、烧结压力50MPa、保温时间10min的条件下,SiCw晶须(含量3-10 vol.%)的添加会降低复合陶瓷的致密度、硬度和抗弯强度,但是会提高断裂韧性。当SiCw晶须的含量为6 vol.%时,断裂韧性可达7.8 MPa·m1/2。4)采用Ag-Cu-Ti钎料和Cu中间层实现了B4C-ZrB2-SiC复合陶瓷与TC4钛合金的连接。Ag-Cu-Ti中的Ti与复合陶瓷中的B4C在界面处反应形成了Ti B2和Ti C,Ag-Cu-Ti与TC4钛合金主要形成了富Cu相和富Ag相。研究了钎焊温度和保温时间对接头微观组织和三点弯曲强度的影响。钎焊温度830℃、保温10min时,钎焊接头的强度最高,为73.9MPa。
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