Mo-SiBCN梯度复合材料组织结构设计与抗热震性能

发布时间：2018-02-11 06:23

  本文关键词： Mo-SiBCN 梯度功能材料 力学性能 热膨胀系数　出处：《哈尔滨工业大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：采用热压烧结方法制备了Mo-SiBCN梯度复合材料及不同SiBCN体积分数的Mo-SiBCN单层复合材料,并对其物相和组织结构进行表征,研究了不同的烧结工艺对Mo-SiBCN的残余应力的影响,分析了成分配比对单层复合材料的基本力学性能及热膨胀系数的影响,同时也研究了添加剂MAS的引入对体积分数为90%的Mo-SiBCN单层复合材料和SiBCN的影响。实验结果表明:采用不同热压烧结工艺制备了Mo-SiBCN梯度复合材料,适当提高材料的烧结温度、缩短保温时间有利于提高材料致密度和界面结合情况。不同烧结工艺下材料的产物主要由Mo4.8Si3C6、Mo C、Mo2C、Si C、Mo Si2、Mo5Si3和BCN组成。通过热压烧结制备的Mo-SiBCN单层复合材料的物相随着SiBCN体积分数的增加材料的组成出现规律性的变化,当SiBCN体积分数为30%时,Mo与SiBCN反应完全;SiBCN体积分数为40%及70%时产物发生了明显的变化。Mo与C的反应产物主要为Mo2C与Mo C,Mo与Si的反应随着SiBCN体积分数的增多生成产物呈Mo3Si→Mo3Si+Mo5Si3+Mo Si2→Mo4.8Si3C6+Mo5Si3+Mo Si2→Mo4.8Si3C6的规律变化。随着SiBCN体积分数的增加材料的密度、弹性模量及抗弯强度逐渐减小,但当成分在10%-30%范围时,材料的硬度随着SiBCN体积分数的增多不断提高,SiBCN的体积分数达到40%以后,材料的硬度随着SiBCN体积分数的增多不断减少。SiBCN的体积分数对材料的热膨胀系数的影响规律与硬度相似,随着SiBCN体积分数的增多呈现出先增加后减小的变化趋势。MAS的引入使SiBCN体积分数为90%的Mo-SiBCN单层复合材料和SiBCN的密度、抗弯强度、弹性模量等力学性能有所提升。MAS的引入使90%MoSiBCN单层复合材料的热膨胀系数明显降低,但对SiBCN的热膨胀系数影响较小。成分为SiBCN体积分数为10%、20%的Mo-SiBCN单层复合材料经过热震后的残余强度强度有所提高,且热震温度越高提升越显著。裂纹产生的原因主要是因为在气孔、微孔、两种成分的界面等位置容易引起热应力集中,导致材料的残余热应力大于材料的固有强度而形成裂纹。
[Abstract]:Mo-SiBCN gradient composites and Mo-SiBCN monolayer composites with different SiBCN volume fraction were prepared by hot pressing sintering. The phase and microstructure of the composites were characterized. The influence of different sintering processes on the residual stress of Mo-SiBCN was studied. The effect of composition ratio on the basic mechanical properties and thermal expansion coefficient of monolayer composites was analyzed. At the same time, the influence of additive MAS on Mo-SiBCN monolayer composites and SiBCN with volume fraction of 90% was also studied. The experimental results showed that Mo-SiBCN gradient composites were prepared by different hot pressing sintering processes, and the sintering temperature was raised appropriately. Shortening the holding time is helpful to improve the density and interfacial bonding of the materials. Under different sintering processes, the products of the materials are mainly composed of Mo4.8Si3C6MoMoMoMoMoMo2Si2Si5Si3 and BCN. The phase of Mo-SiBCN monolayer composites prepared by hot pressing sintering with SiBCN is mainly composed of Mo4.8Si3C6MoMoMoMoMo2Si2Si5Si3 and BCN. When the volume fraction increases, the composition of the material changes regularly. When the volume fraction of SiBCN is 30, Mo reacts with SiBCN and the volume fraction of SiBCN is 40% and 70 respectively. The reaction products of Mo and C are mainly Mo2C and Mo CnMo and Si. With the increase of SiBCN volume fraction, the product is Mo3Si. 鈫扢o3Si Mo5Si3 Mo Si2. 鈫扢o4.8Si3C6 Mo5Si3 Mo Si2. 鈫扺ith the increase of SiBCN volume fraction, the density, modulus of elasticity and flexural strength of the material decrease gradually, but when the composition is in the range of 10 to 30%, The hardness of the material increases with the increase of SiBCN volume fraction. After the volume fraction of SiBCN reaches 40%, the effect of the hardness of the material on the coefficient of thermal expansion of the material is similar to that of the hardness when the volume fraction of SiBCN decreases with the increase of the volume fraction of SiBCN. With the increase of SiBCN volume fraction, the density and bending strength of Mo-SiBCN monolayer composites and SiBCN with SiBCN volume fraction 90% were increased first and then decreased. With the introduction of MAS, the thermal expansion coefficient of 90MoSiBCN monolayer composites is obviously reduced. However, the effect on the thermal expansion coefficient of SiBCN is relatively small. The residual strength of single-layer Mo-SiBCN composites with SiBCN volume fraction of 10% and 20% after thermal shock has been improved. The higher the thermal shock temperature is, the more obvious is the rise of thermal shock temperature. The main reason for the crack is that the thermal stress concentration is easy to be caused in the position of pores, micropores and the interface of the two components, resulting in the residual thermal stress of the material being larger than the inherent strength of the material and forming a crack.
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333

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