2000年第2期 沈卫平等：S型B,C-SiC/C功能梯度材料的设计和制备 ·167· 10 6 8 4 6 FGM 4 FGM 2 0 0 20 40 60 80100 0 20 4060 80100 单./% p.1/% 图1对显气孔率的影响 图2”对吸水率的影响 Fig.1 The effect of on open porosity Fig.2 The effeet of on water adsorption 3 100 FGM FGM 80+ 40 0 20 40 60 80 100 0 20 4060 80100 p.1% 9./% 图3p对密度的影响 图4对相对密度的影响 Fig.3 The effect of on volume density Fig.4 The effect of on relative density 实验结果表明，在~2000℃下，-20MPa热 的抗弯强度为283.9MPa,p。为60%层的抗弯强 压，p。=20%~60%的样品能很好的致密化，p。为 度为226.2MPa,而黄启忠等制得的组成为70% 20%的样品密度达到了极限值.p。为0%的样品 C-19%B.C-11%SiC(体积分数)的材料抗弯强度 密度较低，并出现了边缘层裂.原因可能是热压 为209.2MPa”.0%和80%C层由于致密度不够， 温度低了，而没有多余的C作助烧剂的B,C在 抗弯强度较低(146.7和116.8MPa.图6表明，随 这样的温度是很难致密化的 着C含量的增加B,C-SiC-C材料的弹性模量很 由于0。为20%层的吸水率很小(0.03%)，其 快减小，p.为40%层的弹性模量也仅为218GPa. 吸放气率也应较小，可达到核装置第一壁材料 而文献中B,C的弹性模量为455GPa,SiC的弹 的要求. 性模量为485GPa, 2.2抗弯强度和弹性模量 2.3线膨胀系数 实验结果表明，随着C含量的升高，B,C-SiC 随着C含量升高，B,C-SiC-C材料的膨胀系 C材料的抗弯强度逐渐下降（图5）.p。为40%层 数逐渐减小，但p。为100%层用的是现成的高纯 300 250 250 200 200 150 150 100 国 100 50 50 .0 0 0 20 40 60 80 20 40 60 80 100 p./% p./% 图59。对抗弯强度的影响 图6，对弹性模量的影响 Fig.5 The effect of o.on flrxural strength Fig.6 The effect of on elastic modulus2 0 0 0 年 第 2 期 沈 卫平 等 : S 型 B 4 C 一 si C /C 功 能梯 度材 料 的设 计和制 备 . 16 7 - \ _ _ _ . _ _ / F G M 内, ù山, 岁、芝 芝哥曰际犷叫 0 2 0 4 0 6 0 80 1 0 0 职 。 /% 图 1 叭 对显气孔率的影响 F ig . 1 T h e e月沁e t o f 尹 。 o n o P e n P o or s i yt 犷卜l l . IL卜l 8060 卜全… O 匕一 ~ 八 卜- 一一呻~ 一一- 心` 二二` ` 一一一曰 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 梦 。 / % 图 2 叭 对吸水率的影响 · F i g · 2 T h e e fe c t o f 职 。 o n w a t e r a d s o r P t i o n 10 0 户一 一一芬令一一~ 翎二二二二丁一一一一一 - 一 - 一 , F G M 窦 飞 一, 日 · \切d 0 2 0 4 0 6 0 80 1 0 0 势 。 /% 图 3 叭对密度的影响 F ig · 3 T h e e fe c t o f 沪 。 o n v o l u m e d e n s i yt 实验结 果表 明 , 在一2 0 0 0 ℃ 下 , 一Z O M P a 热 压 , 沪 。 = 2 0% 一 6 0% 的样 品 能很好 的致 密化 , 势 。 为 20 % 的样 品 密 度达 到 了 极 限 值 . 沪 。 为 O% 的样 品 密度较 低 , 并 出现 了 边缘层裂 . 原 因 可能是热压 温度低 了 , 而没 有多余 的 C 作助烧 剂 的 B 4 C 在 这样 的温度 是 很难致 密 化 的 【, 〕 . 由于 沪 。 为 2 0% 层 的吸 水率 很 小 (0 . 03 % ) , 其 吸 放 气率也应 较小 , 可达 到核装置 第 一 壁材料 的要 求 . .2 2 抗弯强度和弹性模量 实验结 果 表 明 , 随着 C 含量 的升高 , B 4 C 一 SI C - C 材料 的抗弯 强度 逐渐下 降 ( 图 5) . p 。 为 40 % 层 4 0 { . : 二 } 0 2 0 4 0 6 0 80 10 0 p 。 / % 图 4 叭对相对密度的影响 F i g . 4 T h e e fe e t o f 职 。 o n er l a t iv e d e n s iyt 的抗 弯强度 为 2 83 . 9 M P a , 沪 。 为 60 % 层 的抗弯强 度 为 2 2 .6 2 M Pa , 而黄 启忠等制得 的组 成为 70 % c 一 19 % B 4 c 一 1 1% is C ( 体积 分数 ) 的材料抗 弯强 度 为 2 0 9 . 2 M P a `,」 . 0 % 和 5 0% C 层 由于 致密 度不 够 , 抗 弯强度较 低 ( 14 6 . 7 和 1 16 . S M p a . 图 6 表 明 , 随 着 C 含量 的增 加 B 4 C 一 SI C 一 C 材料 的弹性 模量很 快减 小 , 势 。 为 40 % 层 的弹性模 量也 仅 为 21 8 G aP . 而 文献 中 B 4 C 的 弹性模量 为 4 5 G Pa , SI C 的弹 性 模量 为 4 8 5 G p a 〔吕〕 . 2 . 3 线膨胀系 数 随 着 C 含 量升 高 , B 4 C 一 is C 一 C 材料 的膨胀系 数 逐渐减 小 , 但沪 。 为 10 % 层用 的是现 成 的高纯 八U0 ù、 ù 0 .、`J 一, 山, , 人. 1 1 d口、闰招 n ùnU八“ on0 ù n ō f à n 伟j`一, , 1 奋以à气nU气 , .1 l d. 连日 0 2 0 4 0 6 0 8 0 势 。 / % 图 5 沪 。 对抗 弯 强度 的影 响 F i g · 5 T h e e fe e t o f 势 。 o n fl r x u r a l s t er n g t h 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 尹 。 / % 图 6 沪 。 对弹 性模 量 的影响 F i g · 6 T h e e fe e t o f 沪 。 o n e l a s t i e m o d u l u s