原位反应烧结Zr₂Al₄C₅化合物增韧ZrB₂-SiC复相陶瓷的制备工艺及力学性能

郭启龙^1,2,3，王晓庆¹，王璟¹，裴军军²，李俊国³，张联盟³

1. 西北民族大学土木工程学院2. 甘肃省新型建材与建筑节能重点实验室3. 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室

摘 要：ZrB₂-SiC复相陶瓷在超高温领域具有重要的应用前景,但韧性低限制了其应用。本工作通过原位反应烧结制备出Zr₂Al₄C₅化合物增韧ZrB₂-SiC复相陶瓷,研究了Zr/Al物质的量比和烧结工艺对复相陶瓷的烧结性能、显微结构和力学性能的影响。结果表明:随着Zr/Al物质的量比的减小,原位反应合成的Zr₂Al₄C₅化合物逐渐增多;随着烧结温度的升高,Zr₂Al₄C₅化合物逐渐反应合成;随着烧结压力的增加和保温时间的延长,复相陶瓷主要相成分为ZrB₂、SiC和Zr₂Al₄C₅,开气孔率呈现下降的趋势,断裂韧性呈现先增加后降低的趋势。采用Zr/Al物质的量比2∶6、烧结温度1 800℃、烧结压力20 MPa、保温时间3 min,通过SPS原位反应烧结制备的Zr₂Al₄C₅化合物增韧ZrB₂-SiC复相陶瓷,其断裂韧性可达（5.26±0.37） MPa·m^1/2;韧化机理主要包括裂纹偏折、裂纹桥接、裂纹分叉以及层状Zr₂Al₄C₅晶粒拔出等能量耗散机制。

关键词：ZrB₂-SiC陶瓷;Zr/Al配比;烧结工艺;