Vol.28 No.8 刘荣等：基于机械混合法无压烧结制备ZB/BC陶瓷复合材料 ·765。 低.烧结不完全，材料中存在大量的气孔，采用压 (3)随着烧结温度的升高和烧结时间的延长， 痕法测量断裂韧性，裂纹在扩展过程中，不可避免 B4C材料的相对密度呈现先升高后略有降低的趋 的要经过这些气孔.这样，裂纹扩展的能量被大 势，复合材料的维氏硬度随烧结温度的升高而增 量消耗在这样的缺陷当中，使得裂纹扩展十分困 加，而断裂韧性的变化规律则相反. 难，裂纹长度短，断裂韧性高.但此时较高的断裂 韧性是以牺牲抗折强度为代价的，因此不可取. 参考文献 随着温度的升高，材料的气孔率降低，裂纹扩展的 [刂丁顾。原位形成碳化硼陶瓷基复合材料的制备与组织性能 能量在气孔上得不到释放，因此断裂韧性降低. 研究学位论文.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2001 【2习王宏志，高濂，陈红光，等.A03基复合材料中纳米SiC对 微观结构的影响.无机材料学报，1998,13(4)：603 硬度压痕 3 Balmer M L.Lange FF.Jayara M V.et al.Devebpment of nano composite microstructures in ZrOAl0:via the soltion precursor method.J Am Ceram Soc,1995.78:1489 [4 Suzuya Y.Kiyoshi H.Yukihiko Y,et al.High strength BaC TiB2 composites fabricated by reaction hot-pressing.J Eur Ce- rmS0c,2003,23:1123 [习唐军，谭寿洪，陈忠明，等.原位生成TB2颗粒增韧BC 陶瓷的研究粉末冶金技术.1996.14(3)：168 [6 Levin L Frge N.Dariel M P.A novel approach for the 图8复合材料的裂纹形貌 preparat ion of B C-based cemets.Refract Met Hard Mater. Fig.8 Morphologies of indention cracks 2000.18:131 7]Singh M.Themodynamic analysis for the com bustion synthe- 3结论 sis of SiG-BC composites Scripta Mater,1996,34:923 [习丁硕，温广武，雷廷权，等.由聚碳硅烷生成纳米SC颗粒 (1)采用B4C,Z02和C为原料，在高于1600 增强B,C基复相陶瓷的结构与性能.无机材料学报，2002， C的情况下，可以合成出ZB2/BC陶瓷复合材料 19(5):1013 其原位合成反应为： 【身梁英教，车荫昌，刘晓霞.无机物热力学数据手册.沈阳： 东北大学出版社.1994 B4C+2Z02+3C=2ZB2+4C0↑， 【10连景宝.原位合成TB,颗粒增韧SiC复合材料的研究[学 △G=1111900-669.24T+33.256TnPo 位论刘.沈阳：东北大学，205 (2)ZB2/BC陶瓷复合材料的最佳合成烧成 【1山龚江宏.陶瓷材料断裂力学.北京：清华大学出版社，2001 工艺为烧结温度2060℃，烧结时间30min. Preparation process of ZrB2/B4C ceramic composites by pressureless sintering based on mechanical mixing LIU Rong).RU Hongqiang,ZHAO Yuan,TANG Di 1)Material Science and Engineering Scbool,University of Science and Technique Beijng.Beijng 100083.China 2)College of Power,Nanjing Normal Uriversity,Nanjing 210042.China 3)Materiak and Metallurgy School,Northeastem University.Shenyang 110004.China ABSTRACT This paper investigated the effects of pressureless sintering in suit sy nthesis process on the density,phy sical properties and microstructure of ZrB2/B4C ceramic composites.The results showed that, as the sintering temperature increasing and the holding time extending,the density increased first and then decreased,and the maximum relative density of the composites synthesized at 2060 C for 30 min was 93.2%;the hardness rised with increasing tem perature and its value reached to the peak at 2070 C;oppo- site to the hardness the fracture toughness decreased from 4.04M Pa'mat 2000Cto23 MPamat 2060℃. KEY WORDS ceramic composites material;B4C ceramic;mechanical mixing;pressureless sintering低, 烧结不完全, 材料中存在大量的气孔, 采用压 痕法测量断裂韧性, 裂纹在扩展过程中, 不可避免 的要经过这些气孔 .这样, 裂纹扩展的能量被大 量消耗在这样的缺陷当中, 使得裂纹扩展十分困 难, 裂纹长度短, 断裂韧性高.但此时较高的断裂 韧性是以牺牲抗折强度为代价的, 因此不可取. 随着温度的升高, 材料的气孔率降低, 裂纹扩展的 能量在气孔上得不到释放, 因此断裂韧性降低 . 图 8 复合材料的裂纹形貌 Fig.8 Morphologies of indention cracks 3 结论 ( 1) 采用 B4C, ZrO2 和 C 为原料, 在高于1 600 ℃的情况下, 可以合成出 ZrB2/B4C 陶瓷复合材料 其原位合成反应为: B4C +2ZrO2 +3C =2ZrB2 +4CO ←, ΔG =1 111 900 -669.24 T +33.256 TlnPco . ( 2) ZrB2/B4C 陶瓷复合材料的最佳合成烧成 工艺为烧结温度 2 060 ℃, 烧结时间 30 min . ( 3) 随着烧结温度的升高和烧结时间的延长, B4C 材料的相对密度呈现先升高后略有降低的趋 势, 复合材料的维氏硬度随烧结温度的升高而增 加, 而断裂韧性的变化规律则相反 . 参 考 文 献 [ 1] 丁硕.原位形成碳化硼陶瓷基复合材料的制备与组织性能 研究[ 学位论文] .哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2001 [ 2] 王宏志, 高濂, 陈红光, 等.Al 2O3 基复合材料中纳米 SiC 对 微观结构的影响.无机材料学报, 1998, 13( 4) :603 [ 3] Balmer M L, Lange F F, Jayara M V, et al.Development of nano composit e microstructures in ZrO2-Al 2O3 via the solu tion precursor method.J Am Ceram Soc, 1995, 78:1489 [ 4] Suzuya Y, Kiyoshi H, Yukihiko Y, et al.High strength B4C￾TiB2 composites fabricated by reaction hot-pressing .J Eur Ce￾ram Soc, 2003, 23:1123 [ 5] 唐军, 谭寿洪, 陈忠明, 等.原位生成 TiB2 颗粒增韧 B4C 陶瓷的研究.粉末冶金技术, 1996, 14( 3) :168 [ 6] Levin L, Frage N, Dariel M P.A novel approach for the preparation of B4C-based cermets.Refract Met Hard Mater, 2000, 18:131 [ 7] Singh M .Thermodynamic analysis for the com bustion synthe￾sis of S iC-B4C composites.Scripta Mater, 1996, 34:923 [ 8] 丁硕, 温广武, 雷廷权, 等.由聚碳硅烷生成纳米 SiC 颗粒 增强B4C 基复相陶瓷的结构与性能.无机材料学报, 2002, 19( 5) :1013 [ 9] 梁英教, 车荫昌, 刘晓霞.无机物热力学数据手册.沈阳: 东北大学出版社, 1994 [ 10] 连景宝.原位合成 TiB2 颗粒增韧 SiC 复合材料的研究[ 学 位论文] .沈阳:东北大学, 2005 [ 11] 龚江宏.陶瓷材料断裂力学.北京:清华大学出版社, 2001 Preparation process of ZrB2/B4C ceramic composites by pressureless sintering based on mechanical mixing LIU Rong 1, 2) , R U Hongqiang 3) , ZHAO Y uan 3) , TANG Di 1) 1) Material Science and Engineering School, Universit y of Science and Technique Beijing, Beijing 100083, China 2) College of Pow er, Nanjing Normal Uni versit y, Nanjing 210042, China 3) Materials and Met allurgy School, Northeastern University, Shenyang 110004, China ABSTRACT This paper investig ated the effects of pressureless sintering in suit sy nthesis process on the density, phy sical properties and microstructure of ZrB2/B4C ceramic composites.The results showed that, as the sintering temperature increasing and the holding time ex tending, the density increased first and then decreased, and the maximum relative density of the composites sy nthesized at 2 060 ℃ for 30 min was 93.2 %;the hardness rised with increasing temperature and its value reached to the peak at 2 070 ℃;oppo￾site to the hardness, the fracture toughness decreased from 4.04M Pa·m 1/ 2 at 2 000 ℃to 2.36 MPa·m 1/2 at 2 060 ℃. KEY WORDS ceramic composites material;B4C ceramic;mechanical mixing ;pressureless sintering Vol.28 No.8 刘 荣等:基于机械混合法无压烧结制备 ZrB2/ B4C 陶瓷复合材料 · 765 ·