新型非氧化物陶瓷及其复合材料的制备与性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dengjuanjuan8288
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在科技发展的过程中,陶瓷材料在生产生活中具有自身不可替代的作用,并且在21世纪,信息、能源、材料、生物工程已经成为社会生产力发展的四大支柱。机械、电子、航空航天、能源等方面都对材料的性能提出极高的要求,现有的金属或高分子材料往往具有急需提高的空间。故对于具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、热化学稳定性高等性能优异的陶瓷材料日益受到关注。其中MAX相和SiC陶瓷具有极大的潜力作为第四代核反应堆应用的备用结构材料,但对于陶瓷材料固有的脆性特质和核反应堆复杂性,MAX相和SiC陶瓷的机械性能的提升是一个巨大的挑战。  为满足第四代核反应堆应用的备用结构材料,本文通过无压管式炉中合成Ti2AlN粉体,具有极高的纯度,并且对Ti2AlN粉体进行热压烧结:考虑第二相TiB2作为增强相掺入Ti2AlN基体中来获得机械性能的提升:通过反应热压制备SiC-TiN/TiC复合材料,改善了SiC陶瓷的烧结性能和机械性能,从而解决了SiC陶瓷韧性不足的缺点。采用XRD分析及阿基米德法、扫描电镜、氮氧氢分析和机械性能测试等手段,从而系统研究了材料制备过程、显微结构和机械性能之间的关系。  1.采用无压反应制备了极高纯度的Ti2AlN粉体。Ti、Al、TiN及少量的Sn球磨8h,之后于真空干燥箱内70℃进行干燥,管式炉中Ar气氛保护1450℃保温4h。  2.采用热压烧结制备了具有不同含量的TiB2的Ti2AlN基复合材料。加入TiB2颗粒对于Ti2AlN晶粒具有极强的晶粒细化作用,并且具有明显的增强增韧效果。最佳综合机械性能包括维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别达到9.05GPa、495MPa和8.05MPa·m1/2。  3.采用反应热压法通过添加Ti2AlN作为SiC陶瓷的烧结助剂,从而在1900℃获得致密且具有极高机械性能的SiC-TiN/TiC复合材料。最佳综合机械性能包括维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别达到18.70GPa、529.8±13.3MPa和7.50±0.16MPa·m1/2。
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