碳化硅添加劑對碳化鉭陶瓷顯微組織及力學(xué)性能的影響.pdf

1、本文采用放電等離子燒結(jié)法在1700-1900°C/40MPa/5min下向不同摩爾比的TaC和Ta粉料中添加5vol％-40vol%的SiC,制備了TaC/SiC、TaC0.7/SiC及TaC0.5/SiC復(fù)相陶瓷。采用阿基米德排水法、X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡及原子力顯微鏡對材料致密化、物相和顯微組織進(jìn)行表征,測試了維氏硬度、彈性模量、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性等力學(xué)性能。
　　(1)當(dāng)向TaC中添加5vol%-40vol%β-Si

2、C時(shí),合成后陶瓷的物相僅由TaC和SiC組成。隨SiC用量從5vol%增加到40vol%,TaC晶粒尺寸減小,相對密度從93.7%提高至98.7%。SiC的加入能夠有效的促進(jìn)TaC致密化:SiC通過釘扎TaC晶界抑制TaC晶粒長大,避免氣孔困陷在晶內(nèi);顆粒間氧化物被SiC還原,通過凈化晶界,增加TaC顆粒表面能,提高燒結(jié)驅(qū)動力;Si在TaC晶胞內(nèi)固溶促進(jìn)了物質(zhì)傳輸。所得TaC/SiC陶瓷的硬度、強(qiáng)度和韌性相應(yīng)提高,其中含40vol%Si

3、C的復(fù)合材料強(qiáng)度和韌性最高,達(dá)437MPa和4.4MPa·m1/2,而楊氏模量隨SiC含量增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。
　　(2)當(dāng)向摩爾比為7:3的TaC和Ta原料中添加5vol%-40vol%SiC時(shí),SiC優(yōu)先和Ta反應(yīng),生成Ta5Si3,所得復(fù)相陶瓷由立方相TaCy、Ta5Si3和SiC組成,相含量和TaCy化學(xué)成分隨起始SiC含量不同而變化。燒結(jié)過程中生成的Ta5Si3在1300°C發(fā)生脆性-塑性轉(zhuǎn)變,能夠通過顆粒重排機(jī)

4、制增加致密化,降低了燒結(jié)溫度。所得陶瓷材料晶粒發(fā)生粗化,致使強(qiáng)度降低。
　　(3)當(dāng)向摩爾比為1:1的TaC和Ta原料中添加5vol%-40vol%的SiC,燒結(jié)所得陶瓷物相受SiC用量的影響,隨SiC添加量的不同而變化:添加5vol%和10vol%SiC的材料中含四種物相,前者主要物相是六方相Ta2C,后者主要物相是立方相TaCy和ζ-Ta4C3-z。片層組織提高了材料的強(qiáng)度和韌性:5vol%復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性可達(dá)714MPa