超高温陶瓷工艺介绍.ppt

演讲者：张波演讲者：张波 12 12年年1111月月2727日日超高温陶瓷超高温陶瓷•超高温陶瓷的概念超高温陶瓷的概念•超高温陶瓷的晶体结构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基本性能•超高温陶瓷的烧结工艺超高温陶瓷的烧结工艺•烧结助剂及其影响机理烧结助剂及其影响机理超高温陶瓷超高温陶瓷超高温陶瓷超高温陶瓷是指在高温环境下（是指在高温环境下（1650~220℃），以及在），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，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等有特殊的要求过渡金属硼化物（如过渡金属硼化物（如ZrBZrB2 2、、HfBHfB2 2、、TaBTaB2 2）、碳化物（如）、碳化物（如ZrCZrC、、HfCHfC、、TaCTaC ）和氮化物（）和氮化物（ HfNHfN））超高温陶瓷的概念超高温陶瓷的概念抗蠕变性非常好、抗蠕变性非常好、高熔点高熔点、较好、较好的高温抗氧化性、良好的导热性的高温抗氧化性、良好的导热性和抗热震性能。

和抗热震性能与碳与碳-碳复合材料相比碳复合材料相比：生产周：生产周期短、成本低、抗氧化性和抗期短、成本低、抗氧化性和抗燃性能好燃性能好超高温陶瓷材料原子之间通过很强的超高温陶瓷材料原子之间通过很强的共价键结合共价键结合ZrBZrB2 2，，六方六方AlBAlB2 2结构结构石墨状硼原子与六方密堆的金属原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，两个金属原子金属原子在同一层，两个金属原子在临近的上下层在临近的上下层二硼化物强化学键二硼化物强化学键：限制：限制a、、c方向方向生长，可容纳大量金属原子生长，可容纳大量金属原子超高温陶瓷晶体结构超高温陶瓷晶体结构1 1、力学性能、力学性能2 2、热学性能、热学性能3 3、电学性能、电学性能4 4、高温抗氧化性及机理、高温抗氧化性及机理5 5、无压烧结、无压烧结超高温陶瓷的性能超高温陶瓷的性能力学性能力学性能高硬度高硬度—强共价键强共价键硬度值波动：制备工硬度值波动：制备工艺不同导致材料晶粒艺不同导致材料晶粒尺寸和孔隙率不同所尺寸和孔隙率不同所致。

致热学性能热学性能硼化物陶瓷硼化物陶瓷都具有较高的热导率都具有较高的热导率，明显比碳化物的热导率高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，但均远大于氮化物和碳化物陶瓷物陶瓷（（利于减小部件内热梯度，减小内热应力利于减小部件内热梯度，减小内热应力））SiC的添加有利于降低的添加有利于降低HfB2陶瓷高温阶段热膨胀系数的增大量陶瓷高温阶段热膨胀系数的增大量电学性能电学性能高温抗氧化性及机理高温抗氧化性及机理硼化物陶瓷高温稳定性顺序：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，使材料进一步氧化化硅气体逸出，使材料进一步氧化但但HfB2和和ZrB2陶瓷具有很好陶瓷具有很好的抗氧化性的抗氧化性抗氧化机理如下：抗氧化机理如下：1、热压烧结、热压烧结2、反应热压烧结、反应热压烧结3、放电等离子烧结、放电等离子烧结4、高压烧结、高压烧结5、无压烧结、无压烧结烧结方法烧结方法1、热压烧结、热压烧结2、反应烧结、反应烧结反应烧结机理：反应烧结机理：添加剂或烧结助剂添加剂或烧结助剂超高温陶瓷多为超高温陶瓷多为强共价化合物强共价化合物，烧结较困难，须引入，烧结较困难，须引入添加添加剂或烧结助剂剂或烧结助剂，通过，通过生成固溶体或形成液相生成固溶体或形成液相，提高传质能，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。

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：有助于烧结的添加剂依据其作用大致可分为：不同烧结助剂对不同烧结助剂对ZrB2基陶瓷性能的影响基陶瓷性能的影响。