HfB2_SiBCN复相陶瓷抗热震与耐烧蚀性能的研究.pdf

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1、硕士学位论文HfB2/SiBCN复相陶瓷抗热震与耐烧蚀性能的研究THETHERMALSHOCKANDABLATIVEPROPERTIESOFHfB2/SiBCNMULTIPHASECERAMIC敖冬飞哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TQ174.75学校代码：10213国际图书分类号：666.3密级：公开工学硕士学位论文HfB2/SiBCN复相陶瓷抗热震与耐烧蚀性能的研究硕士研究生：敖冬飞导师：贾德昌教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TQ174.75U.D.C:666.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHETHERMALSHOCKANDABLATIVEPROPERTIESOFHfB2/SiBCNMULTIPHASECERAMICCandidate：AoDongfeiSupervisor：Prof.JiaDe-changAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringSchoolofofMaterialsScience

3、Affiliation：andEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要SiBCN陶瓷材料因其具有优良的组织稳定性和优异的高温抗氧化性而备受航空航天领域研究人员的瞩目。在超高温材料中，HfB2因其优异的耐烧蚀性能、硬度高、机械强度高等特点在航天领域具有广阔的应用前景。本文意在向SiBCN陶瓷基体中引入HfB2来制备综合性能优异的复相陶瓷材料。本文以c-Si、h-BN、石墨粉、H

4、f和B为原料，采用机械合金化法分别制备SiBCN粉体和HfB2粉体，热压烧结制备了不同体积分数的HfB2/SiBCN复相陶瓷材料，并探究了HfB2的含量对复相陶瓷的微观组织结构、力学性能、抗热震性和耐烧蚀性能有何影响。研究结果表明：热压烧结制备的HfB2/SiBCN复相陶瓷材料其主要物相由α-SiC、β-SiC、BN(C)、HfB2和HfC组成。随着HfB2含量的增大，陶瓷的气孔率减小，致密度增加。在1900℃/60MPa/30min/8barAr的条件下进行热压烧结制备的30vol%HfB2/SiBCN复相陶瓷的体积密度、气孔率以及室温抗弯强度、

5、弹性模量、断裂韧性和维氏硬度的测量值分别达到了4.91g/cm3、1.59%、176.1±3.7MPa、270.1±7.6GPa、4.17±0.24MPa·m1/2和7.18±0.6GPa，表现出最好的综合力学性能。经热震后HfB2/SiBCN复相陶瓷表面物相主要为HfO2、HfB2、SiC、HfSiO4相。随着热震温差的不断增大，HfB2的衍射峰强度减小，HfO2和HfSiO4的衍射峰强度增大。在1900℃/60MPa/30min/8barAr的条件下进行热压烧结制备的30vol%HfB2/SiBCN复相陶瓷热震后的残余弯曲强度均要高于其他几组。

6、20vol%HfB2/SiBCN复相陶瓷试样热震后残余抗弯强度的保持率较高。随着热震温差的增大，试样表面被氧化的越剧烈，表面致密度和光洁度均有所下降，热震温差为1200℃时，试样表面出现了大量的气孔和明显的裂纹。随着HfB2体积分数的不断增加，试样在烧蚀过程中表面所能达到的最高温度也不断增大。烧蚀表面按照烧蚀后形貌分为烧蚀中心区、烧蚀过渡区和烧蚀热影响区三个部分。30vol%HfB2/SiBCN复相陶瓷表面的烧蚀坑深度最浅、面积最小，表面平整度较高，致密化程度较高。随着HfB2含量的增大，试样的质量烧蚀率增大，线烧蚀率减小。30vol%HfB2/S

7、iBCN复相陶瓷线烧蚀率为5.5×10-4mm/s，但因其密度最大，故质量烧蚀率为1.851×10-4g/s，综合分析其表现出优异的耐烧蚀性能。烧蚀后试样表面主要为HfB2、HfO2、SiO2、SiC、HfSiO4和BN(C)相。HfB2/SiBCN复相陶瓷烧蚀机理包括氧化烧蚀和高温气流冲刷。关键词：SiBCN陶瓷；HfB2；力学性能；抗热震性能；耐烧蚀性能I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSiBCNceramicmaterialshaveattractedtheattentionofresearchersintheaerospace

8、fieldbecauseofitsexcellenttissuestabilityandexcellenthightemp