演讲者:张波12年11月27日超高温陶瓷•超高温陶瓷的概念•超高温陶瓷的晶体结构•超高温陶瓷的基本性能•超高温陶瓷的烧结工艺•烧结助剂及其影响机理超高温陶瓷超高温陶瓷是指在高温环境下(1650~220℃),以及在反应气氛中,能够保持物理化学性能稳定的一类特种陶瓷材料
与普通碳化物陶瓷,如碳化硅和氮化硅比较,其不仅使用温度高,而且对高温化学稳定性和耐烧蚀性等有特殊的要求
过渡金属硼化物(如ZrB2、HfB2、TaB2)、碳化物(如ZrC、HfC、TaC)和氮化物(HfN)超高温陶瓷的概念抗蠕变性非常好、高熔点、较好的高温抗氧化性、良好的导热性和抗热震性能
与碳-碳复合材料相比:生产周期短、成本低、抗氧化性和抗燃性能好
超高温陶瓷材料原子之间通过很强的共价键结合
ZrB2,六方AlB2结构石墨状硼原子与六方密堆的金属原子层构成:每个硼原子周围有三个金属原子,及三个硼原子
每个金属原子与十二个硼原子配位,六个金属原子在同一层,两个金属原子在临近的上下层
二硼化物强化学键:限制a、c方向生长,可容纳大量金属原子
超高温陶瓷晶体结构1、力学性能2、热学性能3、电学性能4、高温抗氧化性及机理5、无压烧结超高温陶瓷的性能力学性能高硬度—强共价键硬度值波动:制备工艺不同导致材料晶粒尺寸和孔隙率不同所致
热学性能硼化物陶瓷都具有较高的热导率,明显比碳化物的热导率高
其热导率随温度的升高有一定的下降,但均远大于氮化物和碳化物陶瓷(利于减小部件内热梯度,减小内热应力)
SiC的添加有利于降低HfB2陶瓷高温阶段热膨胀系数的增大量
电学性能高温抗氧化性及机理硼化物陶瓷高温稳定性顺序:HfB2>ZrB2>TiB2>NbN2;高温氧化期间,碳化硅和氮化硅表面二氧化硅保护层被破坏,一氧化硅气体逸出,使材料进一步氧化
但HfB2和ZrB2陶瓷具有很好的抗氧化性
抗氧化机理如下:1、热压烧结2、反应热压烧结