金属碳化硅陶瓷基复合材料性能研究

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1、金属一碳化硅陶瓷基复台材料性能研究摘‘要本文以SiC陶瓷材料为基础，首先通过添加3v01％不锈钢颗粒制备不锈钢一SiC陶瓷基复合材料，来确定添加剂以及涂层材料的最佳用量。然后以此量为基准，分别添加1v01％、5voi％和7v01％的不锈钢颗粒制成不锈钢一SiC陶瓷基复合材料；加入1v01％、3vot％以及5v01％的金属钨颗粒制成w—SiC陶瓷基复合材料；用lv01％、3v01％、5v01％、7vol％、9v01％、1Ivol％、13vol％以及15vol％的金属钛颗粒制成Ti—SiC陶瓷基复合材料；以及用1v01％、3v01％、5v

2、01％、7v01％、9v01％．}N11v01％的金属锰粉制成Mn—SiC陶瓷基复合材料。采用万能试验机和Tc—II闪光法热导仪分别测量了各金属一Sic陶瓷基复合材料的力学性能和导热性能；用x一射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了各金属--SIC陶瓷基复合材料的显微结构特征：讨论了影响金属一sic陶瓷基复合材料烧结性能的各种因素；结果表明：含3v01％不锈钢颗粒的不锈钢一SiC陶瓷基复合材料中，加入3wt％添加剂和18wt％的涂层材料时，复合材料相对密度最高，致密性最好，抗折强度最好。在固定最佳添加剂和涂层材料数量的基础上

3、，随着金属颗粒体积含量的增加，复合材料的相对体积密度增大(含钨的除外)。但金属含量超过一定量后，相对密度有下降的趋势，分别是：不锈钢>5v01％，钛>1lv01％，锰>7v01％。随着金属颗粒体积含量的增加，金属--SIC陶瓷基复合材料的抗折强度、断裂韧性和热导率都有明显的增加。与相同条件烧结的SiC陶瓷相比较，添加不同金属的SiC陶瓷基复合材料的抗折强度相对增幅分别为：不锈钢为2．02倍、钨1．65倍、钛2．44倍和锰2．17倍；断裂韧性相对增幅分别为：不锈钢1．54倍、钨1．59倍、钛I．86倍和锰1．84倍：热导率(5vol％金

4、属)相对增幅：钨、钛、不锈钢和锰的复合材料分别为5．92、5．78、5，09和2．97倍，而含13vol％钛的复合材料则提高了6．97倍。表明金属在SiC陶瓷中有非常明显的增强增韧作用．同时大大提高其热导率。在含有不同金属的SiC陶瓷基复合材料中分别有新相生成；添加不锈钢、w、Ti和Mn的复合材料中分别对应有莫来石相、高温碳化钨相、高温碳化钛相和低熔点A174Si6Mn20相生成。这些新相的生成使复合材料的显微结构致密，增强金属与SiC颗粒闻的结合力。在以上实验的基础上，结合残余应力增韧、颗粒延性增韧和经典断裂力学理论，探索了金属一S

5、iC陶瓷基复合材料的增韧机理。以含不锈钢的复合材料为基础，提出金属一SiC陶瓷基复合材料断裂韧性的理论公式：忙k圳”器堋～d0．0石8历5-dY-)。"吒厚把Mn--SIC陶瓷基复合材料和Ti—SiC陶瓷基复合材料的实验数据代入此式后，经拟合的理论曲线与实验值比较，两者有大体相同的变化趋势。说明此理论公式能较好的解决此类金属--SIC陶瓷基复合材料的断裂韧性问题。关键词：陶瓷基复合材料；力学性能；影晌因素：增韧机理；显微结构；热导率金属一碳化硅陶瓷基复合材料性能研究AbstractSiCceramicsarebasedinthispa

6、t)er．Firstly3v01％stainlesssteel—SiCceramicmatrixcompositesconfirmthebestdosagesofadditivesandcoats．Thenbasedontheseadditivesandcoats，stainlesssteel—SiCceramicmatrixcompositesare、eomposedrespectivelyoflv01％．5v01％and7vol％stainlesssteeIparticlesandSiC；similarlyW．SiCceramic

7、matrixcompositesaremadeuprespectivelyoflv01％．3vol％and5vol％tungstenparticlesandSiC；T／一SiCceramicmatrixcompositesaremadeuprespectivelyof1v01％，3v01％．5vol％，7vol％，9vol％，11vol％，13v01％and15vol％titaniumparticlesandSiC；andMn—SiCceramicmatrixcompositesarepreparedrespectivelybv1v0

8、1％．3vol％．5v01％．7vol％．9voi％andlv01％manganeseparticlesandSiC，Mechanicalpropertiesandthermalconductivityofmetal—S