張波-超高溫陶瓷課件

演講者：張波12年11月27日超高溫陶瓷演講者：張波超高溫陶瓷1超高溫陶瓷的概念超高溫陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)超高溫陶瓷的基本性能超高溫陶瓷的燒結(jié)工藝燒結(jié)助劑及其影響機(jī)理張波-超高溫陶瓷課件2超高溫陶瓷超高溫陶瓷是指在高溫環(huán)境下（1650~220℃），以及在反應(yīng)氣氛中，能夠保持物理化學(xué)性能穩(wěn)定的一類特種陶瓷材料。與普通碳化物陶瓷，如碳化硅和氮化硅比較，其不僅使用溫度高，而且對高溫化學(xué)穩(wěn)定性和耐燒蝕性等有特殊的要求。過渡金屬硼化物（如ZrB2、HfB2、TaB2）、碳化物（如ZrC、HfC、TaC）和氮化物（HfN）超高溫陶瓷的概念超高溫陶瓷超高溫陶瓷是指在高溫環(huán)境下（1650~220℃），3抗蠕變性非常好、高熔點(diǎn)、較好的高溫抗氧化性、良好的導(dǎo)熱性和抗熱震性能。與碳-碳復(fù)合材料相比：生產(chǎn)周期短、成本低、抗氧化性和抗燃性能好?？谷渥冃苑浅：谩⒏呷埸c(diǎn)、較好的高溫抗氧化性、良好的導(dǎo)熱性和抗4超高溫陶瓷材料原子之間通過很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合。ZrB2，六方AlB2結(jié)構(gòu)石墨狀硼原子與六方密堆的金屬原子層構(gòu)成：每個(gè)硼原子周圍有三個(gè)金屬原子，及三個(gè)硼原子。每個(gè)金屬原子與十二個(gè)硼原子配位，六個(gè)金屬原子在同一層，兩個(gè)金屬原子在臨近的上下層。二硼化物強(qiáng)化學(xué)鍵：限制a、c方向生長，可容納大量金屬原子。超高溫陶瓷晶體結(jié)構(gòu)超高溫陶瓷材料原子之間通過很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合。ZrB2，六方A51、力學(xué)性能2、熱學(xué)性能3、電學(xué)性能4、高溫抗氧化性及機(jī)理5、無壓燒結(jié)超高溫陶瓷的性能1、力學(xué)性能超高溫陶瓷的性能6力學(xué)性能高硬度—強(qiáng)共價(jià)鍵硬度值波動(dòng)：制備工藝不同導(dǎo)致材料晶粒尺寸和孔隙率不同所致。力學(xué)性能高硬度—強(qiáng)共價(jià)鍵7張波-超高溫陶瓷課件8熱學(xué)性能硼化物陶瓷都具有較高的熱導(dǎo)率，明顯比碳化物的熱導(dǎo)率高。其熱導(dǎo)率隨溫度的升高有一定的下降，但均遠(yuǎn)大于氮化物和碳化物陶瓷（利于減小部件內(nèi)熱梯度，減小內(nèi)熱應(yīng)力）。SiC的添加有利于降低HfB2陶瓷高溫階段熱膨脹系數(shù)的增大量。熱學(xué)性能硼化物陶瓷都具有較高的熱導(dǎo)率，明顯比碳化物的熱導(dǎo)率高9電學(xué)性能電學(xué)性能10高溫抗氧化性及機(jī)理硼化物陶瓷高溫穩(wěn)定性順序：HfB2＞ZrB2＞TiB2＞NbN2；高溫氧化期間，碳化硅和氮化硅表面二氧化硅保護(hù)層被破壞，一氧化硅氣體逸出，使材料進(jìn)一步氧化。但HfB2和ZrB2陶瓷具有很好的抗氧化性?？寡趸瘷C(jī)理如下：高溫抗氧化性及機(jī)理硼化物陶瓷高溫穩(wěn)定性順序：HfB2＞Zr111、熱壓燒結(jié)2、反應(yīng)熱壓燒結(jié)3、放電等離子燒結(jié)4、高壓燒結(jié)5、無壓燒結(jié)燒結(jié)方法1、熱壓燒結(jié)燒結(jié)方法121、熱壓燒結(jié)1、熱壓燒結(jié)132、反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)機(jī)理：2、反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)機(jī)理：14添加劑或燒結(jié)助劑超高溫陶瓷多為強(qiáng)共價(jià)化合物，燒結(jié)較困難，須引入添加劑或燒結(jié)助劑，通過生成固溶體或形成液相，提高傳質(zhì)能力和擴(kuò)散速率，促進(jìn)燒結(jié)致密化，甚至降低燒結(jié)溫度。有助于燒結(jié)的添加劑依據(jù)其作用大致可分為：添加劑或燒結(jié)助劑超高溫陶瓷多為強(qiáng)共價(jià)化合物，燒結(jié)較困難，須引15不同燒結(jié)助劑對ZrB2基陶瓷性能的影響不同燒結(jié)助劑對ZrB2基陶瓷性能的影響16謝謝大家謝謝大家17演講者：張波12年11月27日超高溫陶瓷演講者：張波超高溫陶瓷18超高溫陶瓷的概念超高溫陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)超高溫陶瓷的基本性能超高溫陶瓷的燒結(jié)工藝燒結(jié)助劑及其影響機(jī)理張波-超高溫陶瓷課件19超高溫陶瓷超高溫陶瓷是指在高溫環(huán)境下（1650~220℃），以及在反應(yīng)氣氛中，能夠保持物理化學(xué)性能穩(wěn)定的一類特種陶瓷材料。與普通碳化物陶瓷，如碳化硅和氮化硅比較，其不僅使用溫度高，而且對高溫化學(xué)穩(wěn)定性和耐燒蝕性等有特殊的要求。過渡金屬硼化物（如ZrB2、HfB2、TaB2）、碳化物（如ZrC、HfC、TaC）和氮化物（HfN）超高溫陶瓷的概念超高溫陶瓷超高溫陶瓷是指在高溫環(huán)境下（1650~220℃），20抗蠕變性非常好、高熔點(diǎn)、較好的高溫抗氧化性、良好的導(dǎo)熱性和抗熱震性能。與碳-碳復(fù)合材料相比：生產(chǎn)周期短、成本低、抗氧化性和抗燃性能好。抗蠕變性非常好、高熔點(diǎn)、較好的高溫抗氧化性、良好的導(dǎo)熱性和抗21超高溫陶瓷材料原子之間通過很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合。ZrB2，六方AlB2結(jié)構(gòu)石墨狀硼原子與六方密堆的金屬原子層構(gòu)成：每個(gè)硼原子周圍有三個(gè)金屬原子，及三個(gè)硼原子。每個(gè)金屬原子與十二個(gè)硼原子配位，六個(gè)金屬原子在同一層，兩個(gè)金屬原子在臨近的上下層。二硼化物強(qiáng)化學(xué)鍵：限制a、c方向生長，可容納大量金屬原子。超高溫陶瓷晶體結(jié)構(gòu)超高溫陶瓷材料原子之間通過很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合。ZrB2，六方A221、力學(xué)性能2、熱學(xué)性能3、電學(xué)性能4、高溫抗氧化性及機(jī)理5、無壓燒結(jié)超高溫陶瓷的性能1、力學(xué)性能超高溫陶瓷的性能23力學(xué)性能高硬度—強(qiáng)共價(jià)鍵硬度值波動(dòng)：制備工藝不同導(dǎo)致材料晶粒尺寸和孔隙率不同所致。力學(xué)性能高硬度—強(qiáng)共價(jià)鍵24張波-超高溫陶瓷課件25熱學(xué)性能硼化物陶瓷都具有較高的熱導(dǎo)率，明顯比碳化物的熱導(dǎo)率高。其熱導(dǎo)率隨溫度的升高有一定的下降，但均遠(yuǎn)大于氮化物和碳化物陶瓷（利于減小部件內(nèi)熱梯度，減小內(nèi)熱應(yīng)力）。SiC的添加有利于降低HfB2陶瓷高溫階段熱膨脹系數(shù)的增大量。熱學(xué)性能硼化物陶瓷都具有較高的熱導(dǎo)率，明顯比碳化物的熱導(dǎo)率高26電學(xué)性能電學(xué)性能27高溫抗氧化性及機(jī)理硼化物陶瓷高溫穩(wěn)定性順序：HfB2＞ZrB2＞TiB2＞NbN2；高溫氧化期間，碳化硅和氮化硅表面二氧化硅保護(hù)層被破壞，一氧化硅氣體逸出，使材料進(jìn)一步氧化。但HfB2和ZrB2陶瓷具有很好的抗氧化性?？寡趸瘷C(jī)理如下：高溫抗氧化性及機(jī)理硼化物陶瓷高溫穩(wěn)定性順序：HfB2＞Zr281、熱壓燒結(jié)2、反應(yīng)熱壓燒結(jié)3、放電等離子燒結(jié)4、高壓燒結(jié)5、無壓燒結(jié)燒結(jié)方法1、熱壓燒結(jié)燒結(jié)方法291、熱壓燒結(jié)1、熱壓燒結(jié)302、反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)機(jī)理：2、反應(yīng)燒結(jié)反應(yīng)燒結(jié)機(jī)理：31添加劑或燒結(jié)助劑超高溫陶瓷多為強(qiáng)共價(jià)化合物，燒結(jié)較困難，須引入添加劑或燒結(jié)助劑，通過生成固溶體或形成液相