超高温陶瓷PPT.pptx

超高温陶瓷复合材料的研究进展 李孟茹 01 02 目 录 03 04 05 超高温陶瓷复合材料的制备 超高温陶瓷复合材料力学性能 超高温陶瓷复合材料抗热冲击性能 超高温陶瓷复合材料抗氧化/烧蚀性能和热响应 研究背景/The Background 研究背景 超高温陶瓷复合材料主要包括一些过渡族金属的难熔硼化物、碳化物和氮化物, 它们的熔点均在3000℃以上，在这些超高温陶瓷中, ZrB2 和HfB2 基超高温陶瓷复合材料具有较高的热导率、适中的热膨胀系数和良好的抗氧化烧蚀性能 2 Chapter 超高温陶瓷复合材料的制备 热压烧结 ZrB2和HfB2都是ALB2型的六方晶系结构, 其强共价键、低晶界及体扩散速率的特征, 导致该类材料需要在非常高的温度下才能致密化, 一般需要2100℃或更高的温度和适中的压力(20~30 MPa)或较低温度(~1800℃)及极高压力(＞800 MPa) 添加氮化物，碳及碳化物 Fe, Ni 等低熔点金属的引入主要是依靠在烧结过程中形成液相促进颗粒重排和传质从而提高材料的烧结性能, SiC 的引入有效地阻碍了ZrB2 晶粒的长大, 提高了超高温陶瓷复合材料的烧结性能. ZrB2 的烧结性能与原材料的颗粒尺寸和纯度密切相关 氮化物的引入主要是将硼化物表面的B2O3 反应, 降低ZrB2 表面的氧从而提高B的活性; 而碳及碳化物的添加是与ZrO2/HfO2 反应降低其氧含量, 提高Zr/Hf 的活性, 二者均能促进超高温陶瓷复合材料的致密化. 金属添加剂 W 和Mo 高熔点金属在ZrB2 烧结过程中会形成固溶体, 因其价态或原子尺寸的不同,导致空位的形成, 降低了烧结的激活能从而提高了材料的致密化 添加含硅化合物 放电等离子烧结 放电等离子烧结是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结 取决于 烧结温度 保温时间 加热速率 反应热压烧结 超高温陶瓷复合材料的合成及致密化可以通过原位反应在施加压力或无压的情况下一步合成 采用Zr, B 和SiC 作为原始材料, 在1700℃获得99%的致密度, 比热压烧结温度低200℃左右, 在1800℃获得完全致密的超高温陶瓷, 无压烧结 超高温陶瓷复合材料的无压烧结在烧结过程中不施加压力, 超高温陶瓷复合材料很难致密, 因此需要采用较高的烧结温度或添加烧结助剂.超高温陶瓷复合材料的无压烧结温度一般比热压烧结温度高200℃左右 形成 液相 形成固 溶体 反应剂 烧结助剂 3 Chapter 超高温陶瓷复合材料力学性能 致密度 材料晶粒尺寸 ①引入增韧相 ②微结构设计 晶界的特性 4 Chapter 超高温陶瓷复合材料抗热冲击性能 超高温陶瓷复合材料是一种典型的脆性材料,在极端加热环境下很容易发生热冲击失效, 导致破坏, 因此改善其抗热冲击性尤为重要. 改善抗热冲击性 提高超高温陶瓷复合材料的强度 微结构设计 提高裂纹扩展阻 力 预氧化 5 Chapter 超高温陶瓷复合材料抗氧化/烧蚀性能和热响应 温度是影响超高温陶瓷材料抗氧化烧蚀性能的最主要影响因素 硅化物的引入可以显著提高ZrB2 和HfB2 的抗氧化烧蚀性能, SiC的添加对超高温陶瓷抗氧化烧蚀性能和综合性能是最优的 超高温陶瓷晶粒的细化对材料的抗氧化性能有利, 晶粒的减小会引起SiC 晶粒在单位面积上分布均匀度的提高, 从而提高材料抗氧化性能. 谢谢