文档介绍：硕士学位论文

Zr2(Al(Si))4C5 四元陶瓷的合成
和抗氧化性研究
RESEARCH ON SYNTHESIS AND
OXIDATION RESISTANCE OF
Zr2(Al(Si))4C5 QUATERNARY CERAMIC

赵雷

哈尔滨工业大学
2009 年 06 月
图书分类号:TB332
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工学硕士学位论文

Zr2(Al(Si))4C5 四元陶瓷的合成
和抗氧化性研究

硕士研究生: 赵雷
导师:陈贵清副教授
申请学位: 工学硕士
学科、专业: 材料学
所在单位: 复合材料与结构研究所
答辩日期: 2009年6月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:TB332
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Dissertation for the Degree of Master in Engineering

RESEARCH ON SYNTHESIS AND
OXIDATION RESISTANCE OF
Zr2(Al(Si))4C5 QUATERNARY CERAMIC

Candidate: Zhao Lei
Supervisor: Associate Prof. Chen Guiqing
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Material Science
Affiliation: Center posite Materials
Date of Oral Examination: June, 2009
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
具有层状结构的碳化物陶瓷兼有金属和陶瓷的优良性能。在常温下有很好
的导热性能和导电性能,有较低的硬度和较高的弹性模量和剪切模量;此外还
具有高的屈服强度、高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能等优异性能,因
此是很好的高温结构材料。本文通过热压烧结技术制备了 Zr2(Al(Si))4C5 四元
陶瓷,分析了 Zr2Al4C5 的合成路径,并利用 X 射线衍射(XRD)、扫描电镜
(SEM)、三点弯曲试验、单边切口梁法等分析测试方法对其组织和力学性能
进行了分析,并对其抗氧化性进行了重点研究。
以 ZrC、Al 和炭黑粉末为起始原料,利用差热分析、XRD 和拉曼光谱等
手段对不同温度下得到的产物进行了分析,通过分析 Zr2Al4C5 合成路径,并
最终确定了制备 Zr2(Al(Si))4C5 的工艺路线。
Zr2(Al(Si))4C5 具有各向异性的微观结构,晶粒呈长棒状,晶粒不均匀且
存在孔洞,室温下维氏硬度和弯曲强度较高,断裂模式为穿晶断裂。在 25-
900℃温度区间,由于材料内部释放的热应力,使得高温弯曲强度随温度升高
而升高。在 25-1200℃热容随温度升高而增大,热导率则随温度升高而降
低;平均热膨胀系数(CTE)随温度升高而呈抛物线形式增大。热冲击实验表
明,有较好的抗裂纹扩展能力。如何提高晶粒均匀性和致密度,才能有效提高
材料性能,需要做进一步的研究。
对 Zr2(Al(Si))4C5 四元陶瓷进行了高温恒温氧化实验,分析了不同温度下
的恒温氧化动力学曲线,发现在 1000℃满足抛物线规律,在 1100℃则为线
性规律,在 1200℃为近似抛物线规律。对不同温度下的氧化层的结构进行分
析,发现氧化层成分 1000℃下主要的是 Al2O3 以无定形态存在。1000-1200
℃是α-Al2O3 和 t-ZrO2 组成的单层结构。Zr2(Al(Si))4C5 的抗氧化性较差,
这是由于没有形成致密的的保护膜。在三种温度下,试样氧化层厚度与时间成
抛物线性关系。如何形成连续的氧化保护膜,以及增加 Si 的含量(如用 SiC
作为另一相)使其在更高的温度下形成铝硅酸盐以提高 Zr2(Al(Si))4C5 的抗氧
化能力需要进一步研究。

关键词 Zr2(Al(Si))4C5;热压烧结;微观结构;力学性能;抗氧化性
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Layered bine properties of both m