兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 26-34.doi: 10.12382/bgxb.2023.0078
收稿日期:
2023-02-13
上线日期:
2024-01-30
通讯作者:
基金资助:
LI Yunfei1, GAO Xin1,2,*(), CHEN Pengwan1,2, LIU Kaiyuan1
Received:
2023-02-13
Online:
2024-01-30
摘要:
为了探究高硬度复相陶瓷高效且低成本的制备方法,利用自蔓延高温合成结合爆炸烧结技术,开展制备二硼化钛/碳化硼(TiB2/B4C)复相陶瓷的研究,成功制备厚度约为1cm、直径约为5cm的TiB2/B4C复相陶瓷块体。烧结样品物相和微观结构分析表征结果表明:烧结样品中TiB2相和B4C相分布均匀,截面观察到致密的微米级颗粒。该方法制备的样品致密度和硬度较高,随冲击压力不同,致密度范围在90%~93%之间,相应平均维氏硬度为16.64~17.35GPa;根据不同条件下回收样品的微结构、致密度等分析,冲击压力和起爆时刻生坯温度对TiB2/B4C复相陶瓷烧结质量有重要影响;冲击压力为40GPa,生坯温度为1800K时,烧结致密度为93%;为进一步提高烧结质量,应提高冲击压力或冲击波作用时间。研究表明自蔓延热爆炸烧结技术是一种高效且低成本的高硬度复相陶瓷的制备方法。
中图分类号:
李云飞, 高鑫, 陈鹏万, 刘开源. TiB2/B4C复相陶瓷自蔓延热爆炸烧结与性能表征[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 26-34.
LI Yunfei, GAO Xin, CHEN Pengwan, LIU Kaiyuan. SHS-assisted Shock Sintering and Characterization of TiB2/B4C Composite Ceramics[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(1): 26-34.
实验 编号 | 装药 高度/mm | 炸药爆速/ (m·s-1) | 起爆延迟 时间/s |
---|---|---|---|
1 | 200 | 3200 | 4 |
2 | 150 | 3200 | 4 |
3 | 200 | 3200 | 6 |
4 | 150 | 3200 | 6 |
表1 烧结实验条件
Table 1 Sintering experimental conditions
实验 编号 | 装药 高度/mm | 炸药爆速/ (m·s-1) | 起爆延迟 时间/s |
---|---|---|---|
1 | 200 | 3200 | 4 |
2 | 150 | 3200 | 4 |
3 | 200 | 3200 | 6 |
4 | 150 | 3200 | 6 |
材料 | 密度ρ/ (g·cm-3) | 材料 常数C/ (km·s-1) | 材料 常数 S | 不同药高飞片 飞行速度 w/(km·s-1) | |
---|---|---|---|---|---|
200mm | 150mm | ||||
45号钢 | 7.85 | 4.567 | 1.47 | 1.708 | 1.554 |
TiB2/B4C (50%致密度) | 1.875 | 2.38 | 1.15 |
表2 阻抗匹配法计算用参数
Table 2 Parameters used in impedance matching method
材料 | 密度ρ/ (g·cm-3) | 材料 常数C/ (km·s-1) | 材料 常数 S | 不同药高飞片 飞行速度 w/(km·s-1) | |
---|---|---|---|---|---|
200mm | 150mm | ||||
45号钢 | 7.85 | 4.567 | 1.47 | 1.708 | 1.554 |
TiB2/B4C (50%致密度) | 1.875 | 2.38 | 1.15 |
实验编号 | T0/K | p/GPa | ps/GPa | 致密度/% |
---|---|---|---|---|
1 | 1800 | 39.02 | 5.47 | 93.00 |
2 | 1800 | 34.86 | 4.35 | 91.30 |
3 | 1400 | 39.02 | 5.47 | 93.00 |
4 | 1400 | 34.86 | 4.35 | 90.00 |
表3 烧结实验中的各项参数
Table 3 Parameters in sintering experiment
实验编号 | T0/K | p/GPa | ps/GPa | 致密度/% |
---|---|---|---|---|
1 | 1800 | 39.02 | 5.47 | 93.00 |
2 | 1800 | 34.86 | 4.35 | 91.30 |
3 | 1400 | 39.02 | 5.47 | 93.00 |
4 | 1400 | 34.86 | 4.35 | 90.00 |
图6 不同实验条件下TiB2/B4C复相陶瓷烧结样品抛光后的SEM微观结构图(左为放大500倍,右为放大2000倍)
Fig.6 SEM images of TiB2/B4C composite ceramic samples after polishing under different experimental conditions (left: 500×; right: 2000×)
原子比/% | Ti | B | C |
---|---|---|---|
生坯原子比 | 19.44 | 72.23 | 8.33 |
烧结样品原子比 | 12.58 | 62.26 | 25.16 |
表4 烧结样品EDS分析所得原子比
Table 4 Atomic ratio obtained by EDS analysis of sintered sample
原子比/% | Ti | B | C |
---|---|---|---|
生坯原子比 | 19.44 | 72.23 | 8.33 |
烧结样品原子比 | 12.58 | 62.26 | 25.16 |
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