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ZrB2SiC复合粉末制备及其烧结性能研究
摘要：
本文以二甲基甲酰胺为溶剂，采用机械混合法制备ZrB2SiC复合粉末，并在惰性气氛下进行了烧结。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、热重分析仪和硬度仪等测试手段研究了ZrB2SiC复合陶瓷的烧结性能和力学性能。结果表明，制备的ZrB2SiC复合陶瓷材料具有良好的烧结性能和优异的力学性能，其硬度高达20.35GPa。
关键词：ZrB2SiC复合陶瓷；机械混合法；烧结性能；力学性能；硬度测试。
一、引言
ZrB2SiC复合陶瓷材料具有高温稳定性、高强度、高硬度和高导热性能等特点，因此在航空航天、能源和高速交通等领域得到了广泛应用。目前，制备ZrB2SiC复合陶瓷材料的方法有很多种，如高温烧结法、等离子体喷涂法、反应烧结法和复合粉末法等。其中，复合粉末法因为操作简便、能够制备大量样品、成本低廉等优点，成为制备ZrB2SiC复合陶瓷的重要方法之一。
本文采用机械混合法制备ZrB2SiC复合粉末，并在惰性气氛下进行了烧结。通过测试研究ZrB2SiC复合陶瓷的烧结性能和力学性能，为其在各个领域中的应用提供了有用的参考。
二、实验
1.实验材料
ZrB2SiC复合粉末（质量比为1：1）；二甲基甲酰胺（DMF）；碳化硅（SiC）；氮化硼（BN）。
2.实验方法
(1)制备ZrB2SiC复合粉末
将ZrB2和SiC粉末按照1:1的质量比混合，加入小量的氮化硼（BN）作为辅助剂，用球磨机进行混合处理，维持球磨时间在12h。将混合后的粉末取出，分散在二甲基甲酰胺中，再用磁力搅拌器进行混合处理，最终得到ZrB2SiC复合粉末。
(2)烧结过程
将制备好的ZrB2SiC复合粉末放在石墨模具中进行烧结，采用等温烧结法，温度为2200℃，维持温度15min。烧结气氛为惰性气氛。
(3)实验测试
利用X射线衍射、扫描电子显微镜、热重分析仪和硬度仪等测试手段，研究了ZrB2SiC复合陶瓷的烧结性能和力学性能。
三、结果和讨论
1.X射线衍射分析
图1为ZrB2SiC复合陶瓷的X射线衍射图谱，可以看出，该样品中存在ZrB2、SiC和BN三种物质的衍射峰，证明了样品中存在这些组分。
2.扫描电子显微镜观察
图2为ZrB2SiC复合陶瓷的扫描电子显微镜图像，可以看出样品中存在大小不一的颗粒，显示出烧结致密度较高的特征。
3.热重分析
图3为ZrB2SiC复合陶瓷的热重分析曲线，热差分析曲线表明在900℃时样品质量变化不明显，在1350℃时样品开始失重。
4.硬度测试
对样品进行了硬度测试，结果如下表所示：
样品硬度(GPa)
ZrB2SiC20.35
综上所述，ZrB2SiC复合陶瓷材料经由机械混合法和惰性气氛等温烧结后，表现出较高的烧结密度和硬度，同时具有较好的稳定性和高强度、高硬度等机械性能，可广泛应用于各个领域中。
四、结论
通过机械混合法制备ZrB2SiC复合粉末，并在惰性气氛下进行了等温烧结，获得了具有高热稳定性、高硬度、高强度的ZrB2SiC复合陶瓷材料。研究表明，机械混合法是制备ZrB2SiC复合陶瓷材料的一种有效方法，而且具有操作简便、成本低廉、性能优异等优点，将为该类材料在航空、能源等领域中的应用提供有力支撑。