B4C-CeB6-A1復(fù)合材料的相組成、微觀組織以及力學(xué)性能的研究.pdf

1、碳化硼是一種重要的特種陶瓷，其硬度僅次于金剛石和立方氮化硼(CBN)。同時，碳化硼具有耐磨性好、體積密度小(2.5g/cm3)、熔點高和耐酸堿性強(qiáng)以及良好的中子吸收性能等特點，但熱壓燒結(jié)成本高和韌性差的缺點限制了其被更廣泛的應(yīng)用。為了“雙復(fù)合”增韌補(bǔ)強(qiáng)碳化硼力學(xué)性能，本文利用原位反應(yīng)和無壓浸滲法制備了B4C-CeB6/Al復(fù)合材料，并對其制備工藝、力學(xué)性能、相組成、微觀組織和增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 研究了CeO2和

2、B4C以及B4C和Al分別在20～1500℃之間的化學(xué)反應(yīng)以及生成產(chǎn)物。
　　 確定了制備B4C預(yù)制體的工藝條件。當(dāng)燒結(jié)好的B4C預(yù)制體空隙率為42％時，其抗彎強(qiáng)度為67.58MPa。對B4C預(yù)制體的微觀組織研究發(fā)現(xiàn)：預(yù)制體中有大量直徑在1～5μm之間的開口孔，其孔徑一般都在1～5μm之間。這些孔隙相互之間形成了互通的三維連貫網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)為無壓浸滲法制備B4C/Al復(fù)合材料時金屬鋁的滲入提供了通道。
　　 采用無壓浸滲

3、法制備了B4C/Al復(fù)合材料，其密度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性均比熱壓燒結(jié)法制備的單一B4C材料的性能都有顯著的提高，但硬度有所降低。孔隙率為42％的預(yù)制體浸滲得到的B4C/Al復(fù)合材料的密度為2.55g/cm3，比單一碳化硼的提高了2.8％；其抗彎強(qiáng)度為347.94MPa，比單一碳化硼的提高了18.37％；斷裂韌性為6.45MPa.m1/2，比單一碳化硼的提高了75.27％;硬度為20.38GPa，比單一碳化硼的降低了22.83％。B4C/

4、Al復(fù)合材料的相組成為：Al、B4C、Al3BC、AlB2和Al4C3。B4C/Al復(fù)合材料斷口有大量韌窩和金屬撕裂棱，材料斷口變的不規(guī)則，碳化硼顆粒較大的地方，斷裂方式為沿陶瓷骨架的穿晶斷裂。B4C/Al復(fù)合材料中，Al3BC相沿著碳化硼和鋁的界面生長，增加了碳化硼和鋁的界面結(jié)合強(qiáng)度；AlB2是類似棒狀的長條晶體，其嵌于碳化硼和鋁之間，當(dāng)材料受到外力沖擊時起到增韌作用。B4C/Al復(fù)合材料的增韌機(jī)理主要是金屬鋁的裂紋橋接機(jī)制。

5、　　 對B4C-CeB6預(yù)制體性能測試表明：隨著二氧化鈰添加量的增加，B4C-CeB6預(yù)制體的密度和抗彎強(qiáng)度分別相應(yīng)地隨之增加；當(dāng)二氧化鈰添加量為4％時，B4C-CeB6預(yù)制體(空隙率為42％)的密度為1.537g/cm3，抗彎強(qiáng)度為104.36MPa。
　　 B4C-CeB6/Al復(fù)合材料的密度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性和硬度比B4C/Al復(fù)合材料的都有所提高。當(dāng)CeO2添加量為4％時，B4C-CeB6/Al復(fù)合材料的密度為2.6

6、5g/cm3，抗彎強(qiáng)度為434.14MPa，斷裂韌性為7.72MPa.m1/2，硬度為22.58GPa。B4C-CeB6/Al復(fù)合材料的相組成為Al、B4C、AlB2、Al3BC和CeB6，將其和B4C/Al復(fù)合材料的相組成對比發(fā)現(xiàn)，CeO2的加入可以減少Al4C3的生成。對B4C-CeB6Al復(fù)合材料微觀組織研究發(fā)現(xiàn)：B4C-CeB6/Al復(fù)合材料組織分布均勻致密，B4C-CeB6/Al復(fù)合材料中的碳化硼以連續(xù)的骨架結(jié)構(gòu)存在，而滲入的

7、鋁相也以連續(xù)基體的形式存在。原位生成的CeB6顆粒存在于碳化硼基體的晶界上，其形狀為多邊形或長條狀。細(xì)晶增韌補(bǔ)強(qiáng)、裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋接和穿晶斷裂是B4C-CeB6/Al復(fù)合材料的主要增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)制。
　　 經(jīng)退火處理的B4C-CeB6/Al復(fù)合材料中各相含量變化的趨勢是：隨著退火溫度的升高，CeB6相的含量幾乎不變；B4C相和Al相的含量呈明顯減少的趨勢；而Al3BC相和AlB2相的含量呈增加的趨勢。力學(xué)性能測試結(jié)果表明：退火處理后