[01159595]ZrB2基超高温陶瓷材料制备研究

ZrB2基超高温陶瓷材料作为飞行器鼻锥、翼前缘、超燃冲压发动机进气口等高温环境下应用的最具前景的候选材料,其失效形式主要是氧化和热冲击破坏,其中氧化是长时间的行为,热冲击破坏是材料温度的迅速升高或者降低引起的,是短时间的行为,热冲击损伤是其主要失效方式之一,材料抗热冲击性能的好坏直接影响材料使用的安全性和可靠性。采用真空热压烧结法制备ZrB2-SiC超高温复合陶瓷技术。采用真空热压烧结法制备ZrB2基超高温复合陶瓷材料,按照一定比例准备ZrB2、SiC粉体和添加剂,进行配料、混料、湿混、球磨、干燥,加入添加剂,采用压片机干压成型,并用真空炉热压烧结等工艺过程,制备出ZrB2-SiC超高温复合陶瓷。由于制备工艺的不同会直接影响制品的品质,根据前期开展的真空热压烧结法研究所积累的经验,项目组提出在球磨过程中采用湿混法方式在行星球磨机球磨,球磨8h后各组分混合均匀,在过滤与烘干工艺过程中,烘干温度保持在60℃为宜,在真空热压烧结过程中,同时进行加温和加压,有助于物料颗粒充分接触和扩散,提高致密度,缩短烧结时间,并且抑制晶粒长大,易获得接近理论密度、气孔率接近零的烧结体,其晶粒组织细小,易得到性能制品优良的ZrB2-SiC超高温复合陶瓷的实施方案。建立了UHTC内部ZrB2和SiC之间热膨胀不匹配引起的应力分别规律;建立了UHTC材料裂纹扩展模型;开展了ZrB2基超高温陶瓷淬火实验,预报了热冲击过程开展的临界温差;建立了局部快速升温过程中材料内部最大热应力计算方法。随着我国国防和工业技术的不断发展和进步,对航天器及工业材料的使用提出了越来越苛刻的要求,如用于飞行器鼻锥、翼前缘、发动机热端及工业上超高温关键部位或部件,提高超高温陶瓷材料的断裂强度,确保整体结构的稳定性,在航空航天及工业应用中前景广阔,创新性强,预期会取得较好的经济效益。取得的成果在国际期刊上发表论文2篇（EI收录）,授权软件著作权1项,申请发明专利5项,目前有3项已经公布,2项已经受理,获得哈尔滨市科学技术二等奖1项,采用C还原法制备了ZrB2微粉。