輕質高韌B4C-AI復合材料的制備和性能研究.pdf

1、碳化硼(B4C)具有高熔點、高硬度、低密度、高耐磨性、化學穩(wěn)定性好等特點，但是碳化硼的低斷裂韌性限制了它的推廣和應用，因此提高碳化硼的韌性是一個重要研究方向。本文以提高碳化硼的韌性為目標，通過無壓浸滲法制備輕質、高韌B4C/Al復合材料，對碳化硼多孔陶瓷骨架的制備工藝、無壓浸滲工藝、熱處理工藝進行了研究，并探索運用碳纖維增韌B4C/Al復合材料的工藝。使用金相顯微鏡、SEM、XRD等手段，分析材料的顯微組織，并對材料的硬度、抗壓強度、彎

2、曲強度及斷裂韌性等力學性能進行了研究。
　　 研究表明，在60MPa的模壓壓力下保壓2分鐘，再在1600℃下進行l(wèi)h的真空燒結可以獲得孔隙率在30％～35％間的碳化硼骨架，其在浸滲后能夠獲得性能優(yōu)異的復合材料。
　　 B4C/Al復合材料的相組成為B4C、Al、Al3BC、AlB2，熱處理后其相組成不變。定量分析結果表明，B4C和Al的含量明顯減少，而Al3BC相、AlB2相的含量有了大幅度提高。碳纖維增韌B4C/Al復

3、合材料中的物相為B4C、Al3BC、AlB2和Al，熱處理后其相組成為B4C、Al、AlB2、Al3BC、B13C2。定量分析表明，AlB2、Al3BC、B4C、Al相的含量均減少，其中Al相的降幅劇烈，而生成的Bl3C2相含量約40wt.％。熱處理前，Al3BC相主要存在于B4C相與Al相之間，Al3BC相、AlB2相、Al相多以條狀的形式存在于B4C基體中，并且呈現連續(xù)分布的特點。熱處理后，金相組織中條狀組織明顯減少。
　　

4、 試驗制得的B4C/Al復合材料的斷裂韌性能夠達到7.91MPa·m1/2，而2.5wt.%碳纖維含量的碳纖維增韌B4C/Al復合材料的斷裂韌性達到了9.58MPa·m1/2。這兩種復合材料均改善了碳化硼的韌性，使用碳纖維增韌后，其改善狀況更為顯著。熱處理后，兩種復合材料的斷裂韌性均下降，而碳纖維增韌B4C/Al復合材料的降低幅度大。而復合材料的硬度和抗壓強度在熱處理后增大。從提高材料的韌性角度分析，碳纖維增韌B4C/Al復合材料可以不