SPS烧结20%25ZrO2%2fMoSi2复合材料的强韧化机理.pdfVIP

SPS烧结20%ZrO2/MoSi2复合材料的强韧化机理 1.2 1 1 1 3 1.2 文小浩 陈 胜 丁小芹 韩小云 张学彬 徐金富 (1．宁波工程学院材料工艺研究所，浙江 宁波 315016 ； 2．华东理工大学材料科学与工程学院，上海 200237； 3．宁波市产品质量监督检验所，浙江 宁波 315041) 摘 要：利用放电等离子烧结技术(SPS)制备了 20%ZrO2/MoSi2 复合材料，通过对复合材料显微组 织和力学性能的研究，探讨了复合材料的强韧化机理。结果表明：20% ZrO2/MoSi2 复合材料经 1400 ℃×50MPa ×6 min ×200℃/min ×4 Pa 工艺SPS 烧结后，其断裂韧性、抗弯强度分别达到6.798MPa •m1/2 和 1857 MPa，均比纯MoSi2 提高2 倍左右，表现出良好的强韧性能；平均晶粒约在 1.5μm 左右，ZrO2 颗粒约在0.5 μm 左右；颗粒弥散强化与细晶强化是复合材料的主要强化方式；第二相 粒子引起的残余内应力可诱导相变增韧、引发裂纹偏转与桥接，是该类材料实现增韧的主要原因； 1/2 利用残余应力模型计算得到的断裂韧性增量为0.45 MPa•m 。 关键词：氧化锆/二硅化钼基复合材料；强化机理；韧化机理；放电等离子烧结 前言 升温速率为200℃/min，真空度为4 Pa 。纯MoSi2 试样 MoSi2 具有高的熔点(2030℃，高于Fe-Al、Ni-Al 以 采用相同的烧结工艺制备以作对比。 及Ti-Al 金属间化合物)，适中的密度(6.24 g/cm3)，较高 1.2.2 材料性能测试 的弹性模量(440 GPa)，优异的高温抗氧化性能，是目前 用 Archimedes 排水法测量试样的体积密度(MoSi2 最有前途的高温结构材料之一[1-3]。但MoSi2 低温脆性 和ZrO2 的理论密度分别为6.24 g/cm3 和 5.68 g/cm3，对 大，冲击韧度值低，在 1000℃左右会发生脆→韧转变， 于不同的 ZrO2/MoSi2 复合材料,理论密度采用复合原 容易发生高温蠕变。因此，提高室温断裂韧性、高温强 则，即 ，其中 、 为MoSi2、ZrO2 的理论密度， 、 为 度和抗高温蠕变能力是其实用化的关键。近年来，国内 其体积分数)。用日产 PME3-323UN 型金相显微镜观察 外采用 SiC、TiB2、HfB2、TiC、ZrO2、Si3N4 等高强 显微组织。用MH-5 型显微硬度计测量显微硬度。用压 度陶瓷颗粒以及晶须、纤维等制备了一系列MoSi2 基复 痕法测量试样的断裂韧度 ，计算公式[7]为: 。式中: 合材料[4-6]。其中，ZrO2 增韧 MoSi2 被认为是利用单 为弹性模量(GPa)，为维氏硬度(GPa)，为压痕载荷(N)， 一强化相，同时实现室温相变增韧和高温弥散强化最理 为4 条对角辐射裂纹长度的平均值(m)。用S4800(Japan) 想的成分、组织设计。本文利用放电等离子烧结法(SPS) 型扫描电镜（SEM）微观组织形貌。 制备了体积分数为 20%的ZrO2/MoSi2 复合材料，研究 了纳米ZrO2 颗粒对 MoSi2 基复合材料显微组织和力学 2 结果与分析 性能的影响，重点探讨了ZrO2 颗粒对 MoSi2 增韧补强 2.1 ZrO2/MoSi2 复合材料显微组织与性能 机理。