W2B5-SiC-BN-C复合材料的制备及性能

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本文采用反应热压烧结工艺制备了适用于动密封的W2B5-SiC-BN-C系列复合材料,研究了成分对复合材料的组织结构、室温力学性能、室温摩擦磨损性能和高温氧化行为的影响规律和特点,阐明了复合材料的强化机制、摩擦磨损机理和高温抗氧化机理。复合材料的致密度随着W2B5、SiC和BN含量的提高而增大,但当W2B5含量超过10 vol%,致密度只有微小的增量, W5BS30复合材料的致密度为91.2%,W10BS30的致密度提高到96.9%,W15BS30的致密度为97.3%。随着W2B5、SiC和BN含量的提高,材料内部层片状组织增多,并可以观察到W2B5为等轴状, SiC以颗粒状的形态均匀分布在C基体中。随着W2B5、SiC和BN含量的提高,W2B5-SiC-BN-C复合材料的抗弯强度、断裂韧性与维氏硬度均增加。在2000℃烧结的W15BS30复合材料抗弯强度、断裂韧性与维氏硬度均达到最大值,分别为174 MPa、2.4 MPa·m1/2和1.41GPa。随着W2B5、SiC和BN含量的提高,复合材料摩擦系数逐渐增大,磨损量均低于石墨。覆盖在复合材料磨损表面的富碳机械混合层具有润滑作用,是复合材料具有较低摩擦系数的主要原因。机械混合层的分层、断裂和脱落是复合材料的主要磨损机理。复合材料在600℃,800℃和1000℃空气中的氧化失重与C材料相比显著降低,氧化失重随着氧化温度的升高而增大。复合材料在600℃时没有形成氧化层, 800℃和1000℃形成B-Si-O玻璃氧化层,是抗氧化性能提高的主要机制。
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