《ZrB2-SiC基超高溫金屬陶瓷的強韌化設計與製備》是依託武漢理工大學，由李俊國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：ZrB2-SiC基超高溫金屬陶瓷的強韌化設計與製備
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李俊國
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
ZrB2-SiC基超高溫陶瓷在超高溫領域有著重要套用。但其韌性低，目前採用的增韌方法增韌效果有限。與金屬複合是大幅度提高其韌性的新途徑。但是，ZrB2-SiC與難熔金屬極易反應，使得直接與難熔金屬複合提高韌性十分困難。本項目擬通過包裹技術，製備ZrC@ZrB2(SiC)-W(Re)金屬陶瓷，在基體與金屬間插入反應阻擋層ZrC，減緩或避免金屬W(Re)與ZrB2及SiC的反應，從而使少量添加的金屬相大部分保留下來，起到增韌作用。主要設計包裹層厚度、含量、核心的粒度、金屬相含量及分布形態等微結構參數，揭示微結構參數與材料性能的關係；研究粉體表面化學鍍Zr、W(Re)的工藝及Zr鍍層的碳化技術，實現粉體的雙層包裹；研究SPS燒結工藝與複合材料結構之間的關係；評價複合材料的力學性能、抗氧化性能和抗熱衝擊性能，探明其性能與結構之間的關係；製備出高韌性抗氧化的超高溫金屬陶瓷。
結題摘要
ZrB2基超高溫陶瓷在超高溫領域有著重要套用。但其韌性低，目前採用的增韌方法增韌效果有限。本項目提出與金屬複合的途徑來提高其韌性，解決基體與金屬相強烈反應的問題。主要是採用包裹隔離的方法，在基體表面上包裹不與金屬反應的隔離層。研究開發了多種包裹工藝：在粉體表面通過化學鍍的方法實現了高活性金屬鋯鋁的還原；液相原位氧化在ZrB2表面形成氧化層；採用沉積工藝在ZrB2、ZrB2-SiC表面形成ZrC膜。研究了工藝參數對包裹效果的影響，獲得了適宜的包裹工藝條件：化學鍍鋯時的還原電位應與Zr4+的還原電位相當，1.5V比較適合；液相原位氧化時需要8M以上的高鹼濃度及一定的氧化劑；濺射沉積時，沉積溫度對膜的緻密度、結晶性等有大的影響，溫度越高對製備高緻密膜越有利。在基體與金屬間插入隔離層後，製備了金屬/陶瓷複合材料。研究探明了膜厚、燒結溫度、燒結時間等工藝條件對複合材料結構與性能的影響：對不同的材料體系包裹隔離層實現隔離有不同的效果。當金屬採用Nb時，由於Nb與Zr的相似性，可與Zr發生置換，只有在低溫（1500度）下才可實現較大程度的隔離；對金屬W在1700℃仍可有較好的隔離效果。插入隔離層可以明顯改善基體與金屬相的反應。未插入隔離層時，Nb金屬相完全消失，複合材料ZrB2-SiC/Nb韌性僅有7.1 MPam1/2，有隔離層時ZrB2-SiC/ZrC/Nb提高到了9.6 MPam1/2最佳化工藝後，複合材料韌性可達到11.1MPam1/2，表明採用隔離層是減少陶瓷基體與增韌金屬相反應的有效方法，可以大幅度提高材料的韌性。
