本文關(guān)鍵詞：機(jī)械合金化SiBN粉末及陶瓷的組織結(jié)構(gòu)與性能

  更多相關(guān)文章： SiBN陶瓷 機(jī)械合金化 微觀組織 力學(xué)性能 耐燒蝕性能

【摘要】：SiBN陶瓷因其具有低密度、高強(qiáng)度、高彈性模量,可調(diào)控的介電性能,以及優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是迄今為止綜合性能最為優(yōu)異的防熱透波結(jié)構(gòu)功能一體化材料之一,在高超音速飛行器天線罩領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。但目前在制備SiBN致密陶瓷塊體上有機(jī)先驅(qū)體法和化學(xué)氣相沉積法均存在局限,使其應(yīng)用受到一定限制。為此,本文以非晶納米Si3N4粉體和h-BN粉體為原料,采用機(jī)械合金化法制備了非晶SiBN粉末,通過熱壓燒結(jié)制備了力學(xué)、介電、耐燒蝕綜合性能優(yōu)良的非晶/納米晶SiBN致密陶瓷塊體,并研究了材料Si/B原子比和燒結(jié)溫度對物相、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)、介電、耐燒蝕等性能的影響。研究結(jié)果表明:不同Si/B原子比的原始粉體在機(jī)械合金化20h后可制備完全非晶態(tài)SiBN粉體,粉體為由近似球形納米顆粒組成的團(tuán)聚體,其平均粒徑在4~6μm。熱壓燒結(jié)不同Si/B原子比SiBN陶瓷主要包括α-Si3N4、β-Si3N4、Si2N2O和h-BN相,而Si/B原子比較低的組分中還含有SiO2。隨著燒結(jié)溫度升高,SiBN陶瓷體積密度和力學(xué)性能均明顯提高,1900oC燒結(jié)試樣體積密度和綜合機(jī)械性能最高,其體積密度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量、斷裂韌性和維氏硬度分別達(dá)到2.48g/cm3,273±10MPa,137±1GPa,3.02±0.05MPa·m1/2和6.1±0.2GPa。此外,隨著Si/B原子比減小,SiBN陶瓷體積密度、斷裂韌性、彈性模量和硬度逐漸降低,而抗彎強(qiáng)度呈現(xiàn)波動(dòng)變化。1600~1900oC下燒結(jié)SiBN陶瓷,隨著燒結(jié)溫度升高,其介電常數(shù)和介電損耗角正切值均提高。1900oC制備試樣在室溫21~40GHz范圍內(nèi)介電常數(shù)平均值和介電損耗角正切值變化范圍分別為5.93和(6.23~7.83)×10-3。在1800o C/40MPa/30min制備不同Si/B原子比SiBN陶瓷試樣中,當(dāng)Si/B原子比為1:3時(shí),該成分SiBN陶瓷在室溫21~40GHz范圍內(nèi)具有優(yōu)良的介電性能,其介電常數(shù)平均值為4.23,介電損耗角正切值變化范圍為(0.44~1.61)×10-3。在氧-乙炔焰燒蝕10s后,不同Si/B原子比SiBN陶瓷均表現(xiàn)出良好的耐燒蝕性能,其中Si/B原子比為2:1的試樣質(zhì)量燒蝕率最低,僅為0.0001g/s(其線燒蝕率為0.0042mm/s);Si/B原子比為1:1的試樣線燒蝕率最低,僅為0.0031mm/s(其質(zhì)量燒蝕率為0.0003g/s)。燒蝕后試樣表面物相主要包括α-Si3N4、β-Si3N4、Si2N2O、h-BN等基體相和氧化產(chǎn)物α-石英、β-石英。而在高Si/B原子比試樣的燒蝕區(qū)和過渡區(qū)還生成了單質(zhì)Si。燒蝕表面主要分為燒蝕區(qū)、過渡區(qū)和熱影響區(qū)。在燒蝕中心區(qū)域的截面方向分為SiO2熔化區(qū),熱影響區(qū)以及基體。對于機(jī)械合金化SiBN系陶瓷的燒蝕機(jī)理為高溫氣體沖刷和區(qū)域氧化。
【關(guān)鍵詞】：SiBN陶瓷 機(jī)械合金化 微觀組織 力學(xué)性能 耐燒蝕性能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 氮化物防熱透波材料的研究進(jìn)展11-12
• 1.3 SiBN陶瓷的制備方法及其組織結(jié)構(gòu)12-16
• 1.3.1 有機(jī)先驅(qū)體裂解法制備SiBN陶瓷及其組織結(jié)構(gòu)12-15
• 1.3.2 化學(xué)氣相沉積法制備SiBN陶瓷薄膜及其組織結(jié)構(gòu)15-16
• 1.4 SiBN陶瓷的性能16-19
• 1.4.1 SiBN陶瓷的力學(xué)和介電性能16-18
• 1.4.2 SiBN陶瓷的耐高溫性能18-19
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容19-21
• 第2章 試驗(yàn)材料及研究方法21-28
• 2.1 試驗(yàn)材料21-22
• 2.2 機(jī)械合金化法制備非晶SiBN粉體22
• 2.3 機(jī)械合金化SiBN陶瓷材料成分與燒結(jié)工藝設(shè)計(jì)22-23
• 2.4 材料組織結(jié)構(gòu)分析23-24
• 2.4.1 X射線衍射分析23
• 2.4.2 顯微組織及斷口形貌觀察23-24
• 2.4.3 透射電鏡觀察24
• 2.5 材料性能測試24-28
• 2.5.1 陶瓷材料的密度測試24
• 2.5.2 陶瓷材料的室溫力學(xué)性能24-26
• 2.5.3 陶瓷材料的介電性能26
• 2.5.4 陶瓷材料的耐燒蝕性能26-28
• 第3章 機(jī)械合金化SiBN粉體及陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)28-46
• 3.1 機(jī)械合金化SiBN粉體的微觀組織結(jié)構(gòu)28-34
• 3.1.1 球磨時(shí)間對SiBN粉體物相的影響28-29
• 3.1.2 球磨時(shí)間對SiBN粉體形貌的影響29-31
• 3.1.3 球磨時(shí)間對SiBN粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響31-33
• 3.1.4 SiBN粉體的晶化過程33-34
• 3.2 機(jī)械合金化SiBN陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)34-44
• 3.2.1 SiBN陶瓷的致密化過程34-36
• 3.2.2 SiBN陶瓷的物相36-38
• 3.2.3 SiBN陶瓷的密度及顯微組織38-41
• 3.2.4 SiBN陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)41-44
• 3.3 本章小結(jié)44-46
• 第4章 機(jī)械合金化SiBN陶瓷的力學(xué)及介電性能46-60
• 4.1 機(jī)械合金化SiBN陶瓷的力學(xué)性能46-55
• 4.1.1 燒結(jié)溫度對SiBN陶瓷力學(xué)性能的影響46-51
• 4.1.2 Si/B原子比對SiBN陶瓷力學(xué)性能的影響51-55
• 4.2 機(jī)械合金化SiBN陶瓷的介電性能55-58
• 4.2.1 燒結(jié)溫度對SiBN陶瓷介電性能的影響55-57
• 4.2.2 Si/B原子比對SiBN陶瓷介電性能的影響57-58
• 4.3 本章小結(jié)58-60
• 第5章 機(jī)械合金化SiBN陶瓷的耐燒蝕性能60-73
• 5.1 機(jī)械合金化SiBN陶瓷的耐燒蝕性能60-61
• 5.1.1 Si/B原子比對SiBN陶瓷表面溫升過程的影響60-61
• 5.1.2 Si/B原子比對SiBN陶瓷質(zhì)量燒蝕率和線燒蝕率的影響61
• 5.2 機(jī)械合金化SiBN陶瓷燒蝕后物相及燒蝕過程熱力學(xué)分析61-65
• 5.3 機(jī)械合金化SiBN陶瓷燒蝕后的組織結(jié)構(gòu)65-71
• 5.3.1 Si/B原子比對SiBN陶瓷燒蝕后顯微組織的影響65-69
• 5.3.2 Si/B原子比對SiBN陶瓷燒蝕后斷口形貌的影響69-71
• 5.4 機(jī)械合金化SiBN陶瓷的燒蝕機(jī)理71
• 5.5 本章小結(jié)71-73
• 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-80
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80-82
• 致謝82

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