以二硼化鈦（TiB₂）為硬夾層,硅（Si）粉為基體層碳化硼（B4C）的燒結(jié)助劑,氮化硼納米管（BNNTs）為基體層的補(bǔ)強(qiáng)增韌劑,聚乙烯亞胺（PEI）為分散劑,羧甲基纖維素鈉（CMC）為粘結(jié)劑,甘油為增塑劑,采用水基流延成型工藝制備TiB₂流延膜。研究了分散劑含量、粘結(jié)劑含量、增塑劑與粘結(jié)劑質(zhì)量比值（R值）以及固相含量對TiB₂流延漿料流變性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)PEI含量為2wt.%,CMC含量為5wt.%,R值為0.9,固含量為55 wt.%時(shí)可制備出高質(zhì)量的TiB₂流延膜。與本實(shí)驗(yàn)室已制備的B₄C-BNNTS流延膜以不同層厚比進(jìn)行疊層、熱壓燒結(jié)制備出TiB₂/B₄C-BNNTs層狀陶瓷復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)基體層與硬夾層的層厚比為1.8:1時(shí),預(yù)制體于2040℃、30 MPa下熱壓燒結(jié)30 min制備的TiB₂/B₄C-BNNTs層狀陶瓷復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳,其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性... 

【文章來源】：陶瓷學(xué)報(bào). 2016,37(06)北大核心

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樣品的斷面SEFig.3TheSEMimagesandenergys(a)and(b)TiB2/B4C-BNNTssectionmorphology;(c)B4C-BNNTslayTiB2tape

·660·2016年12月2.3層厚比對TiB2/B4C-BNNTs層狀陶瓷復(fù)合材料力學(xué)性能的影響表1是TiB2/B4C-BNNTs層狀陶瓷復(fù)合材料的層厚比與力學(xué)性能的關(guān)系。由表1可知，當(dāng)基體層與硬夾層厚度比為1.8:1時(shí)，樣品的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性達(dá)到最大，分別為598.63MPa和7.84MPa·m1/2。圖3樣品的斷面SEM照片和能譜圖Fig.3TheSEMimagesandenergyspectrumofthefractureofsample(a)and(b)TiB2/B4C-BNNTssectionmorphology;(c)B4C-BNNTslayer;(d)TiB2layer;(e)interface;(f)theEDSoftheregionoffractureB4C的熱膨脹系數(shù)為4.5×10-6/℃、TiB2的熱膨脹系數(shù)為8.1×10-6/℃，由于兩者的熱膨脹系數(shù)相差較大，在熱壓燒結(jié)由高溫冷卻到常溫過程中，層狀復(fù)合陶瓷基體層中存在較大壓應(yīng)力。通過調(diào)節(jié)層厚比，使基體層(表層)產(chǎn)生合適的壓應(yīng)力，有助于提高基體層的裂紋的擴(kuò)展阻力，增大臨界圖1工藝條件對漿料流變性的影響Fig.1Theinfluenceoftheprocessconditionsontherheologicalpropertiesofslurry(a)dispersantPEI;(b)binderCMC;(c)Rvalue;(d)solidcontent-2002040608010012014016018012345678Viscosity(aPs)Shearrate(s-1)1wt.%1.5wt.%2wt.%2.5wt.%3wt.%(a)-20020406080100120140160180012345678Vsicostyi(aPs)Shearrate(s-1)1wt.%(Cracking)3wt.%(Lowintensity,fracture)5wt.%7wt.%9wt.%(b)-2002040608010012014016018001234567Viscosity(aPs)Shearrate(s-1)0.7(Verybrittle)0.8(Brittle)0.9(Easystrippingandcutting)1.0(Ductile)1.1(c)

·661·第37卷第6期圖2流延膜的宏觀和微觀形貌照片F(xiàn)ig.2ThephotosandSEMimagesofthetapes(a)photos;(b)TiB2fracture;(c)B4C-BNNTsfracture表1TiB2/B4C-BNNTs層狀陶瓷復(fù)合材料的層厚比與力學(xué)性能的關(guān)系Tab.1TherelationbetweenthicknessratioandmechanicalpropertiesofTiB2/B4C-BNNTs裂紋尺寸。此外，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到應(yīng)力場存在的強(qiáng)界面時(shí)，裂紋尖端將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這都將提高TiB2/B4C-BNNTs層狀陶瓷復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性。2.4TiB2/B4C-BNNTs層狀陶瓷復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)分析圖3為基體層B4C-BNNTs與硬夾層TiB2層厚比為1.8:1時(shí)樣品的斷面SEM照片和能譜圖。由圖3(a)可知，基體層與夾層交替排列，厚度均勻，界限清晰。由圖3(b)可知，裂紋在強(qiáng)界面處發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由圖3(c)、(d)可知，基層和夾層的致密度均較高，晶�；救诤�。由圖3(e)可知，B4C晶粒與TiB2晶粒在界面處有互相嵌入，這有利于界面結(jié)合，維持層間的內(nèi)應(yīng)力。由圖3(f)可知，面掃描能譜圖中主峰為Ti元素峰，還有微弱的W元素的峰，經(jīng)分析為WC球磨子引入W元素，WC對樣品的燒結(jié)和力Thicknessratio(HB/HT)Flexuralstrength(MPa)Fracturetoughness(MPa·m1/2)0.9/1625.567.131.8/1598.637.842.7/1547.677.023.6/1510.726.384.5/1487.155.77(a)(b)(c)(d)(e)(f)學(xué)性能有一定促進(jìn)作用[16]。3結(jié)論(1)當(dāng)PEI含量為2wt.%，CMC含量為5wt.%，R值為0.9，固含量為55wt.%時(shí)可制備出高質(zhì)量的TiB2流延膜。(2)當(dāng)B4C-BNNTs與TiB2的層厚比為1.8:1，樣品于2040℃、30MPa下熱壓燒結(jié)30min，制備出TiB2/B4C-BNNTs層狀陶瓷復(fù)合材料，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為598.63MPa和7.84MPa·m1/2。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3290333