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纳米ZrO2含量对BN-SiC复合材料综合性能的影响

发布者:高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心发布时间:2020-05-05浏览次数:83

 近日,《Journal of Alloys and Compounds刊发我平台李亚伟教授团队最新研究成果:“Effects of nano ZrO2 content on the comprehensive properties of BN-SiC composites:纳米ZrO2含量对BN-SiC复合材料综合性能的影响。

论文第一单位是武汉科技大学国家重点实验室,第二单位是国地联高温材料与炉衬中心,第三单位是哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所。我平台青年教师廖宁为第一作者,李亚伟教授为共同通讯作者,其他共同作者包括邱宝付,Mithun Nath,桑绍柏。

论文简介:BN-SiC复合材料在熔融金属中的润湿性较差,成为薄带浇铸用侧封板和喷嘴理想材料体系。为进一步改善力学性能和抗合金腐蚀性,本工作采用纳米添加剂进行改性。结果表明:15wt.%纳米ZrO2含试样的抗弯强度和断裂韧性分别达到334.6MPa4.60MPa·m1/2。此外,即使在1200℃的温差下,在热冲击试验中也没有观察到灾难性的断裂。此外,制备的复合材料在1600时表现出优异的耐钢蚀性能,这是由于其晶粒尺寸更细,且在界面处很快形成了ZrO2保护层。选择纳米氧化物的潜在优势如下:1)作为烧结添加剂,在降低氧化物含量的同时,促进致密化;2)抑制BN板过度生长,保证结构均匀;3)通过诱导裂纹沿细晶粒扩展延长路径来提高热应力抵抗能力;4)随着保护层的形成,提高钢材的耐腐蚀和抗渗透能力。

 1 BN-SiC基复合材料的SEM图片:(a) BS25A5(b) BS25A5Z5(c) BS25A5Z10(d) BS25A5Z15

2 BS25A5 (a)BS25A5Z5 (b)BS25A5Z10 (c)BS25A5Z15 (d)复合材料的TEM图及对应的元素分布图

1 BN-SiC基陶瓷的物理力学性能

Index

Bulk density

(g/cm3)

Vickers’ hardness (GPa)

Young’s modulus (GPa)

Flexural strength (MPa)

Fracture toughness

(MPa·m1/2)

BO30 [27]

3.28

1.7±0.1

132±13

334±1

4.6±0.2

BO21 [27]

3.21

1.5±0.1

118±6

295±1

4.0±0.3

BO12 [27]

3.24

1.5±0.3

102±10

228±9

3.5±0.2

BS25A5

1.88

0.49±0.05

50.1±0.5

178.8±5.9

2.78±0.05

BS25A5Z5

2.11

0.54±0.01

79.1±2.7

228.0±2.8

3.36±0.14

BS25A5Z10

2.29

0.84±0.03

78.1±0.6

276.3±9.9

3.90±0.16

BS25A5Z15

2.41

0.83±0.02

83.5±5.5

334.6±0.1

4.60±0.13


BN-SiC复合材料热冲击试验后的残余强度(a)及相应的残余强度比(b)

4 BN-SiC复合材料经合金熔体腐蚀后的界面结构(a) BSA5Z5试样和(b) BSA5Z15试样


 这项工作得到了国家自然科学基金面上项目(No. 5170206551872211)的资助。


 附:论文链接 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152180

 附:全文Effects of nano ZrO2 content on the comprehensive properties of BN-SiC composites.pdf