常压烧结制备tac陶瓷及其氧化烧蚀行为的研究

《常压烧结制备tac陶瓷及其氧化烧蚀行为的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中南大学硕士学位论文摘要氧化烧蚀性能是超高温材料研究领域的重点。本文采用模压烧结法制备了TaC陶瓷材料，研究了TaC试样的高温氧化及超高温烧蚀行为，结合X-ray、SEM、1pDSC等分析手段对组织结构特点、氧化动力学及氧化烧蚀机理进行了研究。通过实验确定了TaC陶瓷材料的制备方法和工艺。以单质C、Ta粉末为原料压制成型常压烧结TaC时，由于发生自蔓延反应，产物疏松多孔，不能制备致密的TaC陶瓷。以少量(3％)单质Ta、C粉末为烧结助剂活化烧结TaC陶瓷，能够在2100℃烧结制备相对密度达91％的无裂纹TaC材料；提高单质粉末添加量到6％，或将烧结温度提高到2

2、300℃，TaC的密度均有一定的提高，同时TaC晶粒的尺寸增加。TaC陶瓷在1000"C～1600。C范围氧化产物都为多孔结构的1’a20，，并且孔隙尺寸随温度的升高而增大；1000。C～1400"C单位面积的氧化增重小于O．39，cm2，TaC的氧化为反应控制阶段，增重随氧化时间的延长而增加；增重大于0．39／cm2，氧化为扩散控制阶段，增重随氧化时间按抛物线关系增长；1500℃一1600℃时整个氧化过程都为反应控制过程，氧化增重随时间正比例增加。计算了各温度TaC陶瓷氧化的反应活化能：1000℃～1400℃活化能为28．82kJ／mol，而1500℃一16

3、00℃高温区为109．36kJ／tool。XRD分析发现，在1500℃产物Ta205的晶型发生了转变。采用Tg．DSC、SEM等分析了TaC的氧化机制。TaC粉末在Tg氧化过程中的增重最大值超过了理论增重，出现了碳的滞留。TaC块体试样高温氧化后观察到反应界面处的存在无定形状物质，能谱分析为C。在有残留C条件下反应界面处的气体产物只能为cO，因此氧化层中存在向外扩散的CO与向内扩散的02发生反应的反应区，并以此初步建立了气体分布与扩散模型。排出副产物CO导致氧化后试样形成疏松多孔结构，结合烧结原理，推测了多孔氧化物的形成机制。采用氧．炔焰烧蚀方法考察了TaC陶

4、瓷的烧蚀行为。在烧蚀过程中TaC烧蚀中心区主要为高温氧化和高速气流的机械冲刷作用，边缘区烧蚀主要为高温氧化作用，过渡区主要为氧化和热蒸发作用；烧蚀开始阶段(少于30s)为加热及热氧化过程，氧化层随烧蚀时间的增加增厚，试样烧蚀后增重；烧蚀30s后，气流冲刷作用才起主导作用，氧化层厚度稳定，试样表现为不断失重。中南大学硕士学位论文关键词：TaC陶瓷；活化烧结；氧化动力学；氧化机制；氧炔焰烧蚀Ⅱ中南大学硕士学位论文A8STRA(了n坞anti—oxidationandanti-ablationarekeyperformancesoftantalumcarbide(T

5、aC)ceramic-theultra-hightemperaturematerials．Inthispaper,TaCceramicwaspreparedbytheprocessofpressingandsinteringunderordinarypressure；X-ray、SEM、EDSandTg-DSCanalysisinstrumentwereusedtocharacterizedthemicrostructureandthepropertiesofoxidationandablationofTaCceramic；Finallgtheoxidatio

6、nkineticandthemechanismwerealSOdicussedinthispaper．Theoptimizingpreparationmethodandprocessparameterwereobtainedonthebasisoftheexperimentalinvestigation．TaCceramicsinteredfromCandTapowderathightemperaturewasporousbecauseoffierceself-propagationreactionathigh-temperature．Crack-freeTa

7、Cceramicwithrelativedensitymorethan91％couldbepreparedbypressingandactivesinteringat2100。C，withrawpowderof97％TaCgreenpowderand3％C，Tapowder．Whenincreasedsinteringtemperatureto2300*(2andthecontentofTa,Cadditiveto6％，thedensityandthegranularityofT￡Cceramicincreased．Afteroxidizedat1000"、-

8、1600℃，theceramiccha