SiC增强铌基复合材料制备及其塑性变形研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:doujiazhi
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航空航天工业的飞速发展催生出了高温结构材料,要求材料不但能承受非常高的使用温度,而且还要有较高的强度。难熔金属铌,因其具有高熔点和较低的密度近些年来越来越受到人们的关注,但室温强度较低限制了其应用范围。目前,国内外学者对铌基增强复合材料进行了深入的研究,但增强后的材料往往具有较高的密度。碳化硅陶瓷材料具有相对较低的密度,通过向金属铌中添加碳化硅陶瓷有望制备出新一代高温结构材料,同时研究其高温变形规律是促进该材料工程应用的关键。本文选用超细碳化硅陶瓷粉末作为金属铌的增强相,加入的摩尔分数分别为3%、5%、7%。对复合粉体进行了机械球磨,分析了机械球磨过程复合粉体微观形貌的变化规律;采用真空热压烧结工艺制得了铌基块体复合材料,研究了不同添加量所获得块体材料的微观组织形貌、相的组成及其室温力学性能;通过高温压缩试验探索了铌基块体复合材料高温变形规律,对比分析了变形前后的显微组织。对Nb/SiC复合粉末体系的机械球磨过程的研究结果表明,球磨转速与球磨时间会影响粉末球磨过程中的形貌变化。转速较小,粉末并未充分细化。球磨时间过长,粉末达到其极限粒度后随着时间的延长,粉末粒径不再变化,并且球磨时间过长还会引入杂质。对铌基块体复合材料的真空热压烧结工艺分析发现,1550℃下保温60min获得的块体材料致密度高达97.6%。XRD分析结果表明铌基块体复合材料由Nbss、Nb3Si和Nb2C三相组成,扫描电镜观察发现块体材料主要由等轴晶构成,平均晶粒尺寸小于10μm。通过对由三种不同碳化硅添加量的混合粉末烧结制备的铌基块体材料室温力学性能测试表明,三种材料的室温断裂强度,硬度和压缩强度随碳化硅添加量的增多而升高,室温断裂韧性随着铌基体含量的减少而降低。对不同材料室温断口微观形貌分析发现,材料室温断裂呈现出穿晶解理的断裂特点。在相同温度(1050℃、1100℃、1150℃)下,铌基复合材料高温压缩强度随碳化硅添加量的增多而升高,并且高温压缩后的显微组织表现出了沿晶断裂的迹象,表明材料的断裂机制已由室温的穿晶解理断裂转变为高温的沿晶断裂。
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