知网检测样例–超高温陶瓷复合材料的研究进展
发布时间：2017-08-11 点击率：0
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,如ZrB2,HfB2,TaC,HfC,ZrC,HfN等,它们的熔点均在3000℃以上[1,2].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,可以在2000℃以上的氧化环境中实现长时间非烧蚀,是一种非常有前途的非烧蚀型超高温防热材料,可用于再入飞行器、大气层内高超声速飞行器的鼻锥、前缘以及发动机燃烧室的关键热端部件,对提升高速飞行器气动性能、控制能力、飞行效率等方面将具有贡献,国内外对这种材料的基础和应用研究也非常重视,投入了大量的人力、物力和财力,并实施了一系列的重大计划,取得了显著的成果.
超高温陶瓷复合材料的致密化主要有热压烧结(HP)、放电等离子烧结(SPS)、反应热压烧结(RHP)和无压烧结(PS).在这些制备方法中,热压烧结是目前超高温陶瓷复合材料主要的烧结方法,表1列出了这几种方法的优缺点.
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,具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控等优点,该方法近年来用于超高温陶瓷复合材料的制备.产生的脉冲电流在粉体颗粒之间会发生放电,使其颗粒接触部位温度非常高,在烧结初期可以净化颗粒的表面,同时产生各种颗粒表面缺陷,改善晶界的扩散和材料的传质,从而促进致密化[16],相对于热压烧结超高温陶瓷复合材料而言,放电等离子烧结的温度更低、获得的晶粒尺寸更细小.直流场的存在还会加速晶粒的长大,从而促进致密化[17],但在较低的温度区域内或烧结初期晶粒几乎不长大,致密化的主要贡献来源于放电和晶界扩散的改善[18~21].放电等离子烧结可以有效降低晶界相低熔点物质的含量,易获得“干”界面超高温陶瓷复合材料,对材料的高温力学性能非常有利[22].放电等离子烧结制备的HfB2-30%SiC(体积百分比)材料的室温强度可以保持到1500℃,室温下的强度为590MPa,而1500℃空气条件下的强度为600MPa[19].采用放电等离子烧结的ZrB2-15%MoSi2(体积百分比)材料在1500℃下的强度保持率明显高于热压烧结的超高温陶瓷复合材料,分别为55.5%和47.0%.
超高温陶瓷复合材料具有优异的高温综合性能,然而其较低的损伤容限和抗热冲击性能限制了该材料的工程应用,未来将通过微结构的设计和控制实现超高温陶瓷复合材料损伤容限和可靠性的大幅度提高,为超高温陶瓷材料的应用奠定基础.在诸多超高温陶瓷复合材料强韧化方法中,碳纤维增强增韧、纤维增强体结构与性能退化的抑制及多尺度增韧将是超高温陶瓷复合材料未来强韧化的主要研究方向.超高温陶瓷材料很难致密化,目前烧结机制尚不清楚,尤其是纳米超高温陶瓷材料的烧结,未来需要深入研究超高温陶瓷材料低温烧结和微结构的控制.超高温陶瓷材料在制备与加工成型过程中很容易引入缺陷,而该材料是一种典型的脆性材料,对缺陷非常敏感,缺陷的无损检测、定量化表征、对材料力学性能与抗热冲击性能的影响及缺陷的控制将是未来研究的重点方向之一.
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