摘要
本文以B4C、SiC、TiB2为复相陶瓷烧结原料，镁铝硅酸盐玻璃（MAS）为烧结助剂，引入第二相颗粒来增加B4C陶瓷的强度与韧性，首先通过常规的热压烧结成功制备出了具有不同原料组成的B4C-SiC与B4C-SiC-TiB2复相陶瓷，探索了原料组成对陶瓷性能的影响。利用SHPB试验设备对B4C-SiC-TiB2复相陶瓷在高应变率下的压缩性能进行了测试，并分析了复相陶瓷在高应变率下的损伤行为与机理。此外，利用不同的两步法热压烧结工艺制备了B4C-SiC-TiB2复相陶瓷，对两步法烧结工艺进行了初步探索。 研究结果表明，在B4C陶瓷中引入SiC颗粒，能够细化晶粒组织，增加复相陶瓷的相对密度，并获得了较好的力学性能。但是，引入过量SiC后对力学性能和硬度造成不利影响。因此，B4C-SiC复相陶瓷的强度和韧性随SiC含量的增加而逐渐增加，SiC过多后力学性能下降。在此基础上，继续添加TiB2制备B4C-SiC-TiB2三元复相陶瓷。随着TiB2含量的增加，抗弯强度和断裂韧性逐渐增加，而维氏硬度逐渐降低，添加25 wt%和30 wt%的TiB2时抗弯强度与断裂韧性达到最高，为433 MPa与6.28MPa·m1/2。主要的增韧机制是B4C和TiB2的热膨胀系数相差很大，由热膨胀失配效应导致的裂纹偏转。 在利用分离式霍普金森压杆对B4C-SiC-TiB2复相陶瓷进行动态压缩强度测试中，复相陶瓷的动态压缩强度随应变率的提高而增加。得到了B4C-SiC-TiB2复相陶瓷在不同应变率下的应力-应变曲线。对试验中不同应变率得到的反射波波形进行分析和扫描电镜下观察断口的微观形貌，在低应变率下，由于材料内部缺陷的不均匀性，断裂方式主要为沿晶断裂和穿晶断裂的混合模式，而在高应变率下材料的断裂方式以穿晶断裂为主，产生了滑动沟槽。阐明了B4C-SiC-TiB2复相陶瓷的动态冲击损伤行为与机理。 采用两步法热压烧结对B4C-SiC-TiB2复相陶瓷的烧结工艺进行了初步探索。实验结果表明，第一步烧结温度对B4C-SiC-TiB2复相陶瓷的相对密度和晶粒大小起着重要作用，烧结温度的由1650℃升高到1850℃后，复相陶瓷相对密度也由80.6%升高到86.3%，但同时晶粒也发生了的长大，所以第一步烧结温度的选择至关重要。在第二步烧结中，烧结温度由1550℃升高到1650℃时，抗弯强度与断裂韧性的逐渐下降，因为高温会给晶粒的长大提供足够的驱动力，导致晶粒粗化影响其性能。在第二步烧结温度为1600℃时，保温时间由1h增长到3h，复相陶瓷的相对密度与力学性能得到了相应的改善。
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