本文選題：層狀ZrC-SiC基復(fù)合材料 + 流延成型��； 參考：《山東理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：ZrC陶瓷作為超高溫陶瓷的成員之一,具有高硬度、高熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性好及耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn),但其斷裂韌性低、抗氧化性能差等也一直限制了其廣泛應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用仿生學(xué)原理采用流延-疊片-熱壓的制作和燒結(jié)工藝,以80vol.%ZrC-20vol.%SiC為基體層,70vol%石墨烯(或碳纖維)-10vol.%ZrC-20vol.%SiC為界面層,在1900℃、30MPa條件下,保溫保壓1h,成功制備出兩種層狀ZrC-SiC基復(fù)合材料,并研究和分析了兩種復(fù)合材料在制備過(guò)程中的影響因素和材料本身的物理性能、力學(xué)性能、抗熱震性能及抗氧化性能。本實(shí)驗(yàn)采用流延法制備復(fù)合材料流延片。研究發(fā)現(xiàn),在水浴溫度為36~40℃之間、粉料球磨時(shí)間在10~12h之間、攪拌除泡時(shí)間為12h和粘結(jié)劑摻雜含量為20wt.%時(shí),制備的料漿粘度最適合流延成型。通過(guò)疊層法制備交錯(cuò)排列的層狀復(fù)合材料坯體,在500℃下的排膠實(shí)驗(yàn)對(duì)材料影響較小,這歸因于隨著溫度的升高,排膠出來(lái)的CO、CO2和水會(huì)及時(shí)與坯體分離。通過(guò)仿生學(xué)原理制備的層狀ZrC-SiC基復(fù)合材料燒結(jié)致密度良好,以石墨烯為界面的復(fù)合材料致密度高達(dá)98.6%,以70vol.%石墨烯和70vol.%碳纖維為界面層制備的兩種復(fù)合材料斷裂韌性分別達(dá)到7.64MPa·m1/2和8.42MPa·m1/2,遠(yuǎn)高于塊狀ZrC-SiC復(fù)相陶瓷的5.07MPa·m1/2,這歸因于斷面呈現(xiàn)階梯狀,裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中出現(xiàn)多次偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,延長(zhǎng)了裂紋的擴(kuò)展路徑,削弱了裂紋的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力,增加了材料的斷裂功。利用水淬法對(duì)材料進(jìn)行處理,通過(guò)測(cè)試殘余強(qiáng)度對(duì)材料抗熱震性進(jìn)行表征,計(jì)算可知:以70vol.%石墨烯和70vol.%碳纖維為界面層制備的兩種復(fù)合材料臨界抗熱震溫差ΔT分別為339℃和347℃,兩者抗熱震性能基本相同。研究發(fā)現(xiàn)兩種復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度大幅下降,這是由于熱震后在材料表面和內(nèi)部發(fā)生熱應(yīng)力集中并產(chǎn)生許多裂紋,當(dāng)受到外界壓力下,內(nèi)部集中的應(yīng)力沿著缺陷和裂紋的方向擴(kuò)展致使材料發(fā)生斷裂。在不同溫度下對(duì)試樣氧化2h后,發(fā)現(xiàn)氧化溫度高于200℃后,隨著溫度的升高氧化增重率先增大后減小,同時(shí)氧化層厚度從1μm逐漸增加到10μm,這是由于隨著溫度升高O取代C空位的能力加強(qiáng),但當(dāng)氧濃度達(dá)到一定值時(shí),表面會(huì)形成ZrO2氧化膜阻止了外界氧氣的進(jìn)一步擴(kuò)散,氧化層厚度的增加與氧化產(chǎn)物CO和CO2形成氧化通道有關(guān)。以70vol.%石墨烯和70vol.%碳纖維為界面層制備的兩種復(fù)合材料在500℃氧化2h后斷裂韌性仍能達(dá)到3.31MPa·m1/2和4.01MPa·m1/2,這與材料采用層狀結(jié)構(gòu)制備和界面層對(duì)裂紋的偏轉(zhuǎn)和橋聯(lián)有關(guān),彎曲強(qiáng)度分別下降為100MPa和155MPa,這是因?yàn)閮煞N復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋,導(dǎo)致受外力作用時(shí)裂紋迅速擴(kuò)展。
[Abstract]:As one of the members of ultra-high temperature ceramics, ZrC ceramics have the advantages of high hardness, high melting point, good thermal conductivity and corrosion resistance. However, its low fracture toughness and poor oxidation resistance also limit its wide application. In this experiment, the principle of bionics was used to fabricate and sintered 80vol.%ZrC-20vol.%SiC with 80vol.%ZrC-20vol.%SiC as substrate (or carbon fiber (CFRP) -10vol.ZrC-20vol.sic as interface layer at 1900 鈩，

本文編號(hào)：1976531