反应烧结制备B4C基复合材料

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本文以硅、铝为熔渗剂,通过反应烧结工艺,对B4C和B4C/C的预制件进行溶渗反应烧结,在相对较低温度下成功得到了碳化硼基复合材料。采用冷等静压(CIP)对压坯(预制件)进行复压,提高了压坯的密度和强度,反应烧结所得复合材料的性能也得到进一步提高。通过光学显微镜、XRD、SEM等测试分析方法,研究不同制备工艺下复合材料的组织结构的变化,采取三点弯曲、显微压痕等试验方法测试了其机械性能,探讨了材料微观组织和性能之间的相关性。本文得到的结论如下:  (1)钢模压制下获得的多孔预制体,其相对密度与压制压力近似成线性关系,调节碳化硼粗粉和细粉的比例可以提高预制体的相对密度,在粒度为F500的碳化硼质量分数为25%、粒度为 F100的碳化硼质量分数为75%时,预制体相对密度最大。当成型压力达到120MPa时,这种粉末级配所得预制体的密度达到最大值1.90g/cm3;继续增大压力预制体会出现开裂、分层。  (2)冷等静压可以在一定程度上提升预制件的均匀性,预制体的密度和强度伴随压力的增长而增大,当压力增大到150MPa后,坯体的强度和密度趋于恒定,密度值为1.96g/cm3,强度值为2.0MPa。保压时间对预制体的强度和密度影响相对较小,随保压时间延长,预制体的强度和密度有增加趋势。密度最大值与最小值相差约0.02g/cm3;强度差别不大。升压速度对截面尺寸小的预制体密度和强度的影响没有呈现出规律性,预制件密度相差很小。  (3)经冷等静压压制过得预制件,碳黑含量为7%,碳化硼体含量为70%时,烧结获得的B4C/SiC/Si复合材料力学性能最高,其硬度为2684 kg/cm2,抗弯强度为241MP;提高碳化硼体积分数,减少残余硅含量,提高β-SiC尤其是板条状β-SiC的生成量对提升防弹面板抗弹丸击打能力是有效的。  (4)对于B4C/Al复合材料,1300℃下制备的复合材料机械性能最好,弯曲强度为270MPa,断裂韧性3.2MPa·m1/2。复合材料由B4C、Al、Al3BC、AlB2、Al4C3物相组成;随着烧结温度的升高,AlB2相减少,Al4C3略有增加,而Al3BC相先增加后减小。烧结过程中出现的Al4C3物相为有害物相,应尽量抑制其生成。
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