张波-超高温陶瓷课件

停和业超高温陶瓷演讲者:张波12年11月27日停和业1超高温陶瓷的概念°超高温陶瓷的晶体结构超高温陶瓷的基本性能超高温陶瓷的烧结工艺烧结助剂及其影响机理k1互超高温陶瓷的概念2超高温陶瓷的概念超高温陶瓷超高温陶瓷是指在高温环境下(1650~220℃),以及在反应气氛中,能够保持物理化学性能稳定的一类特种陶瓷材料。与普通碳化物陶瓷,如碳化硅和氮化硅比较,其不仅使用温度高,而且对高温化学稳定性和耐烧蚀性等有特殊的要求。了过渡金属硼化物(如ZrB2、HB2、TaB2)、碳化物(如HC、TaC)和氮化物(HfN)k1互超高温陶瓷的概念3石墨纤维抗蠕变性非常好、高熔点、较好精千维的高温抗氧化性、良好的导热性超高温和抗热震性能。与碳-碳复合材料相比:生产周期短、成本低、抗氧化性和抗热解石墨00M燃性能好。Beo5001000150020002500温度/℃图121超高温陶瓷与普通高温陶瓷材料所属区域石墨纤维4超高温陶瓷晶体结构超高温陶瓷材料原子之间通过很强的共价键结合。ZrB2,六方AB2结构石墨状硼原子与六方密堆的金属原子层构成:每个硼原子周围有三个○金属原子,及三个硼原子。每个金1产属原子与十二个硼原子配位,六个金属原子在同一层,两个金属原子在临近的上下层金属O二硼化物强化学键:限制a、c方向图124AB2的结构生长,可容纳大量金属原子(a)原子排布的俯视图与侧视图;(b)金属原子的变形超高温陶瓷晶体结构5超高温陶瓷的性能力学性能、热学性能3、电学性能4、高温抗氧化性及机理5、无压烧结k1互超高温陶瓷的性能6力学性能材料弹性模量/弯曲强度温度/T硬度/GPa/GPa5302~28.4HIB1400300170420H1-20%(wosc[140041018080020高硬度一强共价键232325,3-28.0硬度值波动:制备工艺不同导致材料晶粒尺寸和孔隙率不同所23ZrB-20%(vol)Sic340致1800270ZrB-30%(vol)Sic10892334827.0TiB300~370FiC333345130.0TaB.19-25Tac182力学性能712HB、-SCHiBSicZrBrSK温度/图125部分超高温陶瓷弹性模量随温度的变化图126部分超高温陶瓷弯曲强度随温度的变化800℃以上弹性模量有较明显下降弯曲强度开始随温度升高而增大,直到800℃以后,强度开始下降。几种超高温陶瓷比较而言,ZrB,-SiC复合陶瓷强度在800℃后随温度下降比较平缓,表明添加SC对ZB2陶瓷高温强度是有利的。128热学性能热膨账系数温度范围热导率/10/KW/(m·K20~10277,6HiB,20%(vol)Sic20~2205HB,-20%(voDsic6.620~150020~10000082HINFrB.1027-20277,8400~160098.778127三种超高温陶瓷热膨胀系数随温度的变化硼化物陶瓷都具有较高的热导率,明显比碳化物的热导率高其热导率随温度的升高有一定的下降,但均远大于氮化物和碳化物陶瓷(利于减小部件内热梯度,减小内热应力)。siC的添加有利于降低HfB2陶瓷高温阶段热膨胀系数的增大量热学性能9电学性能材料温度/℃25HIB-20%(voDSiC20HIB,30%(voD)SiC2020.3FrB20ZrB-20%(voDSiC63硼化物、碳化物超高温陶瓷的电阻率如表124所示。这两种材料具有如下特点:①硼化物陶瓷电阻率比碳化物陶瓷电阻率要低得多,如HB1、ZB2在高温下的电阻率分别为1×10-·cm和12.1×10-n·cm,而HC和ZrC在室温下的电阻率分别是10900·cm和63×10n·cm;②HB2和ZrB2中添加SC后,电阻率有所下降,分别从1×10·cm下降到9.6×100·cm,从12.1×10n·cm下降到10.2×10-n·cm;③随着温度升高电阻率显著增大,如ZB室温电阻率为12.1×10-0·cm,在1000℃时增大到4×10n电学性能10张波-超高温陶瓷课件11张波-超高温陶瓷课件12张波-超高温陶瓷课件13张波-超高温陶瓷课件14张波-超高温陶瓷课件15张波-超高温陶瓷课件16张波-超高温陶瓷课件17停和业超高温陶瓷演讲者:张波12年11月27日停和业18超高温陶瓷的概念°超高温陶瓷的晶体结构超高温陶瓷的基本性能超高温陶瓷的烧结工艺烧结助剂及其影响机理k1互超高温陶瓷的概念19超高温陶瓷的概念超高温陶瓷超高温陶瓷是指在高温环境下(1650~220℃),以及在反应气氛中,能够保持物理化学性能稳定的一类特种陶瓷材料。与普通碳化物陶瓷,如碳化硅和氮化硅比较,其不仅使用温度高,而且对高温化学稳定性和耐烧蚀性等有特殊的要求。了过渡金属硼化物(如ZrB2、HB2、TaB2)、碳化物(如HC、TaC)和氮化物(HfN)k1互超高温陶瓷的概念20石墨纤维抗蠕变性非常好、高熔点、较好精千维的高温抗氧化性、良好的导热性超高温和抗热震性能。与碳-碳复合材料相比:生产周期短、成本低、抗氧化性和抗热解石墨00M燃性能好。Beo5001000150020002500温度/℃图121超高温陶瓷与普通高温陶瓷材料所属区域石墨纤维21超高温陶瓷晶体结构超高温陶瓷材料原子之间通过很强的共价键结合。ZrB2,六方AB2结构石墨状硼原子与六方密堆的金属原子层构成:每个硼原子周围有三个○金属原子,及三个硼原子。每个金1产属原子与十二个硼原子配位,六个金属原子在同一层,两个金属原子在临近的上下层金属O二硼化物强化学键:限制a、c方向图124AB2的结构生长,可容纳大量金属原子(a)原子排布的俯视图与侧视图;(b)金属原子的变形超高温陶瓷晶体结构22超高温陶瓷的性能力学性能、热学性能3、电学性能4、高温抗氧化性及机理5、无压烧结k1互超高温陶瓷的性能23力学性能材料弹性模量/弯曲强度温度/T硬度/GPa/GPa5302~28.4HIB1400300170420H1-20%(wosc[140041018080020高硬度一强共价键232325,3-28.0硬度值波动:制备工艺不同导致材料晶粒尺寸和孔隙率不同所23ZrB-20%(vol)Sic340致1800270ZrB-30%(vol)Sic10892334827.0TiB300~370FiC333345130.0TaB.19-25Tac182力学性能2412HB、-SCHiBSicZrBrSK温度/图125部分超高温陶瓷弹性模量随温度的变化图126部分超高温陶瓷弯曲强度随温度的变化800℃以上弹性模量有较明显下降弯曲强度开始随温度升高而增大,直到800℃以后,强度开始下降。几种超高温陶瓷比较而言,ZrB,-SiC复合陶瓷强度在800℃后随温度下降比较平缓,表明添加SC对ZB2陶瓷高温强度是有利的。1225热学性能热膨账系数温度范围热导率/10/KW/(m·K20~10277,6HiB,20%(vol)Sic20~2205HB,-20%(voDsic6.620~150020~10000082HINFrB.1027-20277,8400~160098.778127三种超高温陶瓷热膨胀系数随温度的变化硼化物陶瓷都具有较高的热导率,明显比碳化物的热导率高其热导率随温度的升高有一定的下降,但均远大于氮化物和碳化物陶瓷(利于减小部件内热梯度,减小内热应力)。siC的添加有利于降低HfB2陶瓷高温阶段热膨胀系数的增大量热学性能26电学性能材料温度/℃25HIB-20%(voDSiC20HIB,30%(voD)SiC2020.3FrB20ZrB-20%(voDSiC63硼化物、碳化物超高温陶瓷的电阻率如表124所示。这两种材料具有如下特点:①硼化物陶瓷电阻率比碳化物陶瓷电阻率要低得多,如HB1、ZB2在高温下的电阻率分别为1×10-·cm和12.1×10-n·cm,而HC和ZrC在室温下的电阻率分别是10900·cm和63×10n·cm;②HB2和ZrB2中添加SC后,电阻率有所下降,分别从1×10·cm下降到9.6×1