叶 涛，刘维良，徐兆良（景德镇陶瓷大学，江西 景德镇 333001）



BNNTs/SiC陶瓷复合材料的制备与性能研究

叶 涛，刘维良，徐兆良
（景德镇陶瓷大学，江西 景德镇 333001）

摘 要：以SiC为基体，Y2O3和Al2O3为烧结助剂，氮化硼纳米管（BNNTs）为增韧补强剂，采用喷雾造粒和干压成型方法，通过真空无压烧结工艺制备了BNNTs/SiC陶瓷复合材料。讨论BNNTs添加量和烧结工艺对BNNTs/SiC陶瓷复合材料的致密度、微观结构和力学性能的影响。实验结果表明：采用单因素法得到BNNTs的最佳添加量为1.5 wt.%和压制压力为100 MPa，确定了最佳烧成制度为：最高温度2050 ℃，保温时间2.5 h。采用阿基米德排水法测试样品密度，其相对密度达到99.0%，通过三点弯曲法和压痕法分别测试了样品的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度。BNNTs/SiC的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别达到了546.3 MPa、6.53 MPa·m1/2和26.8 GPa。

关键词：BNNTs/SiC；陶瓷复合材料；无压烧结

0 引 言

碳化硅陶瓷本身的脆性使得其应用受到一定限制。如何增强增韧碳化硅陶瓷材料，陶瓷科技工作者已经做了大量的研究工作，取得了较多突破性的进展，陶瓷材料的强度和韧性得到了进一步的提高。目前，常见的陶瓷材料的增韧方法主要有：颗粒弥散增韧、纤维补强增韧、相变增韧、自增韧等方法［1］，相关的研究成果均已报道，例如，碳纳米管（CNTs）作为一种补强增韧材料［2］，在复合材料中，纳米管的拔出和桥联作用能够有效的提高陶瓷材料的韧性。由于BNNTs有着与CNTs十分相似的内部结构，但是，氮化硼纳米管（BNNTs）具有比CNTs更优的力学性能［3-5］，BNNTs是一种更有效的陶瓷补强增韧材料，在陶瓷增韧方面具有更广泛的应用前景。……