张波-超高温陶瓷课件

演讲者：张波12年11月27日超高温陶瓷演讲者：张波超高温陶瓷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张波-超高温陶瓷课件2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。过渡金属硼化物（如ZrB2、HfB2、TaB2）、碳化物（如ZrC、HfC、TaC）和氮化物（HfN）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℃），3抗蠕变性非常好、高熔点、较好的高温抗氧化性、良好的导热性和抗热震性能。与碳-碳复合材料相比：生产周期短、成本低、抗氧化性和抗燃性能好。抗蠕变性非常好、高熔点、较好的高温抗氧化性、良好的导热性和抗4超高温陶瓷材料原子之间通过很强的共价键结合。ZrB2，六方AlB2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。二硼化物强化学键：限制a、c方向生长，可容纳大量金属原子。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A51、力学性能2、热学性能3、电学性能4、高温抗氧化性及机理5、无压烧结超高温陶瓷的性能1、力学性能超高温陶瓷的性能6力学性能高硬度—强共价键硬度值波动：制备工艺不同导致材料晶粒尺寸和孔隙率不同所致。力学性能高硬度—强共价键7张波-超高温陶瓷课件8热学性能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9电学性能电学性能10高温抗氧化性及机理硼化物陶瓷高温稳定性顺序：HfB2＞ZrB2＞TiB2＞NbN2；高温氧化期间，碳化硅和氮化硅表面二氧化硅保护层被破坏，一氧化硅气体逸出，使材料进一步氧化。但HfB2和ZrB2陶瓷具有很好的抗氧化性。抗氧化机理如下：高温抗氧化性及机理硼化物陶瓷高温稳定性顺序：HfB2＞Zr111、热压烧结2、反应热压烧结3、放电等离子烧结4、高压烧结5、无压烧结烧结方法1、热压烧结烧结方法121、热压烧结1、热压烧结132、反应烧结反应烧结机理：2、反应烧结反应烧结机理：14添加剂或烧结助剂超高温陶瓷多为强共价化合物，烧结较困难，须引入添加剂或烧结助剂，通过生成固溶体或形成液相，提高传质能力和扩散速率，促进烧结致密化，甚至降低烧结温度。有助于烧结的添加剂依据其作用大致可分为：添加剂或烧结助剂超高温陶瓷多为强共价化合物，烧结较困难，须引15不同烧结助剂对ZrB2基陶瓷性能的影响不同烧结助剂对ZrB2基陶瓷性能的影响16谢谢大家谢谢大家17演讲者：张波12年11月27日超高温陶瓷演讲者：张波超高温陶瓷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张波-超高温陶瓷课件19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。过渡金属硼化物（如ZrB2、HfB2、TaB2）、碳化物（如ZrC、HfC、TaC）和氮化物（HfN）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℃），20抗蠕变性非常好、高熔点、较好的高温抗氧化性、良好的导热性和抗热震性能。与碳-碳复合材料相比：生产周期短、成本低、抗氧化性和抗燃性能好。抗蠕变性非常好、高熔点、较好的高温抗氧化性、良好的导热性和抗21超高温陶瓷材料原子之间通过很强的共价键结合。ZrB2，六方AlB2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。二硼化物强化学键：限制a、c方向生长，可容纳大量金属原子。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A221、力学性能2、热学性能3、电学性能4、高温抗氧化性及机理5、无压烧结超高温陶瓷的性能1、力学性能超高温陶瓷的性能23力学性能高硬度—强共价键硬度值波动：制备工艺不同导致材料晶粒尺寸和孔隙率不同所致。力学性能高硬度—强共价键24张波-超高温陶瓷课件25热学性能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26电学性能电学性能27高温抗氧化性及机理硼化物陶瓷高温稳定性顺序：HfB2＞ZrB2＞TiB2＞NbN2；高温氧化期间，碳化硅和氮化硅表面二氧化硅保护层被破坏，一氧化硅气体逸出，使材料进一步氧化。但HfB2和ZrB2陶瓷具有很好的抗氧化性。抗氧化机理如下：高温抗氧化性及机理硼化物陶瓷高温稳定性顺序：HfB2＞Zr281、热压烧结2、反应热压烧结3、放电等离子烧结4、高压烧结5、无压烧结烧结方法1、热压烧结烧结方法291、热压烧结1、热压烧结302、反应烧结反应烧结机理：2、反应烧结反应烧结机理：31添加剂或烧结助剂超高温陶瓷多为强共价化合物，烧结较困难，须引入添加剂或烧结助剂，通过生成固溶体或形成液相