BNNTsB4C陶瓷复合材料的显微结构和力学性能研究.PDFVIP

BNNTs/B C陶瓷复合材料的显微结构和力学性能研究4 曾小军，刘维良，冯震乾，阮杰平 （景德镇陶瓷学院，江西省先进陶瓷材料重点实验室，景德镇 333001 ） 【摘要】本文以B C 粉为主要原料，氮化硼纳米管 （BNNTs ）为补强增韧剂，无定形B 粉为烧结助剂， 4 采用热压烧结工艺制备出高性能BNNTs/B C 陶瓷复合材料。研究了BNNTs 含量对BNNTs/B C 陶瓷复合 4 4 材料显微结构和力学性能的影响。采用硬度计、万能试验机、扫描电镜等手段对样品性能进行了表征。实 验结果表明，BNNTs 含量为 1.5wt%时，BNNTs/B C 陶瓷复合材料力学性能最佳。弯曲强度、断裂韧性和 4 维氏硬度分别为513.19MPa、6.58MPa ·m1/2、38.6GPa ，比无BNNTs 加入的B C 陶瓷分别提高了28.0%、 4 31.5%、14.0%。掺入BNNTs 对B C 基体材料产生残余压应力，使复合材料的断裂韧性有所提高。 4 【关键词】BNNTs/B C 陶瓷复合材料；显微结构；力学性能 4 中图分类号： 文献标识码：A 1 引 言 B C 陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀、热膨胀系数小、导热系数高、硬度高、比重轻、中子吸收能力强 4 [1] [2-4] 等特点 ，被广泛应用于轻质装甲 、特种密封、高温热交换器等领域。但B C 陶瓷抗冲击性差，因此其 4 使用范围受到一定限制。目前，通过氧化锆增韧和纤维增韧是提高陶瓷断裂韧性行之有效的方法。BNNTs 具有许多优异性能，如弹性模量高达1.11±0.17TPa[5] ；能带隙约为5.5eV[6] ，且不随手性和管层数的改变 [7] 而变化；抗氧化温度高达900℃等 。因此，本文采用BNNTs 为补强增韧剂，掺入B C 陶瓷中制备BNNTs/B C 4 4 陶瓷复合材料，主要研究BNNTs 的掺入量对复合材料显微结构和力学性能的影响。 2 实 验 2.1原料 B C 粉，含量≥98%，d =1.5μm，牡丹江金刚钻碳化硼有限公司；无定形B 粉，含量≥99%，d =2μm， 4 50 50 上海晶纯实业有限公司；BNNTs ，自制（CVD 法）。 2.2样品制备 按B C粉含量分别为93.5wt% 、93.0wt% 、92.5wt% 、92.0wt% 、91.5wt% 、90.5wt% ，BNNTs含量分别为 4 0wt% 、0.5wt% 、1wt% 、1.5wt% 、2wt% 、3wt% ，B粉含量均为6.5wt%进行配料，采用湿法球磨，先将B C 4 粉和B粉的混合料球磨15 ，再加入经曲拉通X-100分散好的BNNTs，继续球磨30min，在烘箱中80℃下干燥 12 ，按照需要压制的尺寸称量