(CNTs,SiC)/B4C陶瓷基复合材料流延成型及放电等离子烧结工艺研究

通过在碳化硼(B4C)中添加增韧剂碳纳米管(CNTs)和烧结助剂硅粉(Si)，利用流延成型和放电等离子烧结(SPS)工艺，制备出高硬度、高强度、高韧性的(CNTs,SiC)/B4C轻质防弹复合材料。利用表面活性剂对CNTs进行表面处理，并采用流延成型工艺获得分布均匀、且具有定向性的陶瓷坯片。采用SPS工艺并添加烧结助剂，可以极大地减少CNTs在高温烧结过程中的结构破坏以及含量的减少，更加有利于提高复合材料的力学性能。Si粉在烧结过程中与B4C基体中的游离C反应生成SiC，起到颗粒协同增韧的作用，同时，Si在B4C晶体中的固溶可以活化晶格而促进烧结。本项目通过实验确定最佳的流延成型工艺，研究添加剂含量及处理工艺、SPS烧结温度制度和压力对复合材料力学性能的影响。分析复合材料的微观结构以及烧结过程中物相的演变，并对实验体系的SPS烧结机理和强韧化机理进行探讨。

本项目利用放电等离子烧结 (SPS) 工艺，采用两种成型方式 (SPS热压成型和流延成型)，对多体系碳化硼 (B4C) 基复合陶瓷的烧结致密化行为、力学性能、物相组成、微观结构和强韧化机理进行了研究。主要研究内容如下：.将B4C及其复合粉体 (B4C+Si、B4C+CNTs、B4C+Si+CNTs、B4C+Si+SiCw) 放置于SPS烧结炉中，于1600 ℃烧结，研究了烧结压力、原料配方、保温时间等对烧结制品致密化行为和力学性能的影响，对烧结前后复合材料的物相演变进行了分析，并利用微观结构分析对复合材料的强韧化机理进行了探讨。.1.在1600 ℃下对纯B4C粉进行烧结，研究了烧结压力和保温时间对纯B4C烧结过程和制品性能的影响。实验结果表明，当炉温为1500 ℃～1600 ℃时，B4C的烧结致密化速率最快。烧结压力和保温时间的增加有利于纯B4C制品致密度和力学性能的提高。.2.以Si粉为烧结助剂 (B4C+Si体系)，在1600 ℃、50 MPa下制备出了烧结致密的SiC/B4C陶瓷基复合材料。添加剂Si粉在烧结过程中熔化成为液相，能显著提高复合材料的致密度。Si固溶至B4C中，并与置换出来的C反应，生成SiC物相。.3.将CNTs与B4C的复合粉体 (B4C+CNTs体系) 于1600 ℃、50 MPa下SPS烧结。随着CNTs含量的增加，复合材料的致密度和力学性能呈现先增加后减小的变化趋势。分析认为，添加少量的CNTs有利于粉料烧结初期的颗粒重排，可以提高复合材料的致密度；当CNTs含量较多时，空间位阻效应使得复合材料的致密度下降，降低了复合材料的力学性能。.4.分别以Si+CNTs或Si+SiCw为组合添加剂 (B4C+Si+CNTs体系或B4C+Si+SiCw体系)，在1600 ℃、50 MPa下制备出了烧结致密的样品。通过SEM等检测方法，对复合材料力学性能的变化规律和强韧化机理进行了分析讨论。.本项目对碳化硼的非水基流延成型工艺进行了研究。研究了球磨工艺和分散剂、粘结剂及增塑剂对浆料粘度和流延膜质量的影响，并制备出了具有一定强度和塑性的碳化硼流延素坯。.项目组成员在本项目的研究基础上发表论文11篇，其中SCI收录4篇，EI收录3篇。参加国内重要学术会议2人次，培养硕士研究生1名。

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