硅酸锆包裹ZrB2与难熔金属的复合开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

现代高温技术的发展，要求材料具有优异的高温综合性能以适应苛刻的作业环境。目前新材料领域重点研究和开发的新型高温热结构材料——超高温陶瓷正在被众多学者关注。超高温陶瓷主要包括高熔点的过渡金属陶瓷，例如硼化物和碳化物陶瓷( zrb₂、zrc、hfb₂和hfc等)。其中，zrb₂系列的超高温陶瓷具有高熔点（3425℃），高强度和硬度（23gpa），高热导率（理论上大于60 w m^-1 k^-1)和电导率（电阻率大约在10^-5欧姆/厘米），良好的耐热震性等优良特性，是成为超高温陶瓷的理想材料。

zrb₂在低温下有比较好的抗氧化性能。为了能在高温下提高zrb₂的抗氧化性，目前比较成熟的方法是在zrb₂基体中加入一定量的sic。sic作为添加剂可以有效地提高超高温陶瓷的抗氧化能力，抗烧蚀能力和力学性能。高温下复合材料的氧化反应可以将sic增强zrb₂的抗氧化能力解释为：zrb₂被氧化生成的b₂o₃与zro₂形成了保护膜，阻止了zrb₂的氧化。随着温度的升高，b₂o₃慢慢蒸发，但此时sic与氧反应，生成sio₂保护膜，与b₂o₃相比，具有更高的熔点，粘度，以及更低的氧气扩散系数和蒸汽压，因此具有更强的抗氧化能力。此时，sio₂保护膜和zro₂保护膜一起阻止了氧向材料内扩散，保护了材料不至于被继续氧化，从而提高了复合材料的抗氧化性。目前常用的烧结方法为热压烧结以及放电等离子烧结，但其存在着难以制备大体积以及形状复杂制品的缺点，而zrb₂一sic复合材料硬度很高，这就导致后续的机加工成本非常高。除此之外，在应用中主要要克服的是其低韧性的缺点，只有4-5mpa.m^1/2，这限制了材料的应用

利用高韧性的金属增韧陶瓷是一种非常有效的方法。hailong wang 等人在1950 ℃下利用热压烧结含有10vol%mo 的zrb₂基陶瓷，断裂韧性从纯zrb₂陶瓷的4．5mpa·m^1/2 增加到了7. 98mpa·m^1/2。xinsun 等利用在1800 ℃热压烧结在10vol%nb 的zrb₂基陶瓷，对比单相的zrb₂陶瓷，其断裂韧性可以达到6.7 mpa·m^1/2。但是zrb₂与难熔金属在高温强烈反应，造成金属相消失而失去增韧作用。所以，本课题的主要创新点在于采用zrb₂/sic复相陶瓷进行烧结，控制o₂分压氧化原料小块（o₂分压，温度，时间）得到硅酸锆氧化层包裹zrb₂粉体，再与金属混合后烧结得到金属陶瓷，再与可以避免金属相的消失从而减弱增韧效果。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

探索合适的氧化条件制备出可控厚度硅酸锆氧化层包裹的zrb₂-sic陶瓷粉体，并探究氧化温度氧化时间氧气浓度等氧化条件对硅酸锆氧化层的形貌、厚度、致密性等的影响。探索合适配比条件和烧结条件制备出高强度高韧性的金属陶瓷。并探究物料配比，烧结温度，烧结时间等条件对金属陶瓷的物相，形貌、力学性能等的影响。

2.2 研究目标

3. 研究计划与安排

1-2周：查阅文献、撰写开题报告

3-4周：进行实验准备，完成英文文献翻译

5-8周：烧结金属陶瓷

4. 参考文献（12篇以上）

【1】. xin sun, wenbo han, ping hu, zhi wang, xinghong zhang,microstructure and mechanical properties of zrb₂-nb composite,internaltional jounal of refractory metals hard materials, 2010, 28:472-474

【2】. hailong wang, deliang chen , chang-an wang, rui zhang,daining fang, preparation and characterization of high-toughness zrb₂/mocomposited by hot-pressing process, int. jounal of refractry metals hardmaterials, 2009, 27: 1024-1026

【3】. 王博，李俊国，杨海涛， 沈强，张联盟， zrc薄膜对nb与zrb₂-sic相互作用的影响，人工晶体学报，2015，10,2762-2766