《ZrB2基超高溫共晶複合陶瓷的燃燒合成熔鑄方法》是依託哈爾濱工業大學，由鄭永挺擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：ZrB2基超高溫共晶複合陶瓷的燃燒合成熔鑄方法
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：鄭永挺
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以具有代表性的ZrB2/SiC，ZrB2/ZrC/SiC超高溫陶瓷為研究對象，探索一種新的超高溫共晶複合陶瓷的燃燒合成熔鑄技術。在共晶熔體快速凝固過程中，產物中形成納米尺度長纖維增強的有序複合結構，提高超高溫陶瓷的斷裂韌性，適應極端環境對超高溫陶瓷抗熱衝擊性能的要求，提高超高溫陶瓷工作可靠性。.研究其燃燒合成反應機理和共晶熔體的微觀結構演化基本規律，建立燃燒反應和凝固過程的理論模型，並進行實驗驗證。研究超高溫共晶複合陶瓷燃燒合成熔鑄的工藝規律，分析產物的微觀結構，對室溫、高溫的力學性能、抗氧化性、抗熱衝擊性能進行表征。
結題摘要
共晶陶瓷是原位生成的具有精細有序微觀結構、優異的熱穩定性和力學性能，本項目以鎂、鋁等高活性金屬與硝酸鹽為反應劑、採用燃燒合成離心熔鑄方法製備硼化鋯基共晶陶瓷，研究了其高溫反應特性、合成機理、離心熔鑄規律和微觀組織結構。熱力學計算了活性反應劑與體系絕熱溫度和壓力之間的關係。實際測量了不同反應條件下燃燒合成反應的溫度、壓力、燃燒速度，對產物的相組成進行了測試和分析。反應體系為強放熱體系（3000K-4000K），通過改變原料的配比，可以大幅度降低體系壓力，提高工藝的安全性。合成的ZrB2/SiC共晶陶瓷具有非規則片層狀微觀結構，ZrB2和SiC的平均片層間距為1μm，SiC的平均摩爾百分含量為61%，ZrB2與SiC的體積比為1：1。研究表明，SiC在高溫下具有分解趨勢，形成具有高化學穩定性的ZrC，加入合適的添加劑有效地解決了這一難題。研究了反應劑含量和SiC的粒徑對共晶組織的影響規律。ZrB2/SiC共晶陶瓷鋁熱燃燒合成的熔鑄機理為：高放熱快速的燃燒合成反應，為體系提供了較高的溫度，使材料在短時間內全部熔化，充分互溶，在快速凝固的條件下，形成精細的共晶組織。對燃燒合成熔鑄模型進行理論分析，分別對體系中顆粒熔化過程、陶瓷液相擴散過程及凝固過程進行理論計算及模擬。採用研製的燃燒合成離心熔鑄裝置，製備了共晶陶瓷的熔鑄試樣。受制於設備的離心力較低，難以完成硼化物熔體和氧化物熔體的完全分離。選擇熔點低容易實現的Al2O3/ZrO2共晶體系，研究了離心熔鑄的工藝規律，製備了Φ50mm*50mm的Al2O3/ZrO2共晶陶瓷，強度1060MPa，斷裂韌性11.2MPam1/2。以燃燒合成爆炸噴塗的方法，實現了用Al2O3/ZrO2共晶陶瓷熔體的快速凝固，研究了不同的冷卻速度情況下，共晶組織微觀結構的演化規律。對冷卻的溫度場進行了數值模擬，給出了特徵凝固區間的冷卻速度範圍。我們利用超高溫燃燒反應，探索研究了多種體系的超高溫下熔化行為和相變行為，研究表明高溫硼化物具有很多有價值的共晶體系，如ZrB2/SiC、ZrB2/WC、ZrB2/ LaB6、HfB2/LaB6等。
