快速热压法制备具有优异抗热震性能的BN-ZrO2-SiC陶瓷复合材料

本文推荐：研究通过快速热压法（FHP）制备BN-ZrO2-SiC陶瓷复合材料，系统探究烧结温度（1600°C）与保温时间（10分钟）对材料致密度、力学性能（抗弯强度σf=108.9±4.2 MPa，断裂韧性KIC=2.4±0.1 MPa·m1/2）及抗热震性（1200°C温差下残余强度≥70%）的影响，揭示了高断裂韧性/强度比与致密微观结构的协同增效机制。

　　

Highlight

BN-ZrO₂-SiC陶瓷复合材料通过快速热压法（FHP）成功制备，其抗热震性能的突破性提升源于两大核心机制：1）优化的烧结工艺（200°C/min升温速率+30 MPa轴向载荷）显著降低孔隙率；2）SiC与m-ZrO₂的协同作用形成"韧性装甲"，使材料在1200°C极端温差冲击下仍保持70%以上的残余强度，堪称高温工业领域的"陶瓷卫士"。

Phase composition

通过X射线衍射（XRD）双取向分析发现，复合材料中h-BN（六方氮化硼）、m-ZrO₂（单斜二氧化锆）和SiC（碳化硅）三相稳定共存，无新相生成——这就像三位"高温战士"在烧结过程中完美保留了各自特性。平行/垂直热压方向的衍射峰强度差异揭示了BN片晶的定向排列特征，这种"铠甲式堆叠"结构是抗热震性能的关键。

Conclusions

研究证实：1）1600°C烧结+10分钟保温是材料性能的"黄金组合"，此时复合材料达到力学性能峰值；2）致密化过程受扩散动力学主导，延长保温时间可有效消除微观缺陷；3）高孔隙率样品因临界裂纹尺寸缩减成为抗热震性能的"阿喀琉斯之踵"。该成果为新一代高温耐火材料设计提供了重要范式。