碳化硼陶瓷热振荡锻造制备与性能

碳化硼（CY-B4C1）作为军事战略材料之一,具有低密度、高硬度的特点,同时其优异的化学惰性和高温稳定性使其有望在未来结构应用领域发挥重要的作用。然而碳化硼（CY-B4C1）陶瓷由于强共价键所导致低的扩散系数使其难以烧结致密化,材料力学性能往往也由于烧结过程中晶粒的长大而出现性能的下降的现象。传统的烧结方法并没有使碳化硼（CY-B4C1）的力学性能得到大幅的提升。如果采用振荡锻造技术,可以大幅提高材料在振荡力场下的塑性变形和晶界滑移过程,将有望对材料致密化和力学性能产生更大幅度的提升。

本课题将振荡烧结技术与锻造工艺相结合,采用热振荡锻造方法,对B4C陶瓷材料进行振荡高温锻造,意在通过振荡载荷调控塑性变形历程和程度,实现力学性能的大幅提升。通过不同条件下致密B4C陶瓷的热压锻造和振荡锻造制备过程及性能的研究,探究振荡力场对锻造变形过程的影响;通过多孔B4C陶瓷坯体的振荡煅烧研究,探索振荡煅烧对B4C陶瓷致密化及性能的影响。通过热锻、振荡锻造和振荡锻烧三种方法的对比,探究碳化硼（CY-B4C1）陶瓷力学性能提升的主要机制。

经过实验得出以下结论:（1）热压锻造和振荡锻造均随着锻造温度升高,实现更大的塑性变形量和应变速率,晶粒取向上更趋向于呈现出垂直于顶表面的首选取向,从而导致样品的硬度与抗弯强度更强;（2）在同样条件下振荡锻造样品性能优于热压锻造,因为振荡压力的引入加大了塑性变形和晶界滑移程度;（3）振荡锻造碳化硼（CY-B4C1）样品时,振荡频率为5 Hz时可以达到最佳的锻造效果;（4）振荡锻烧多孔碳化硼（CY-B4C1）后制出的样品比热压锻造和振荡锻造致密样品,材料的力学性能得到最大程度的增强,1900℃下振荡锻烧后得到的样品抗弯强度达到了955 MPa。因为多孔样品内部存在孔隙,更有利于晶界的扩散滑移,再加上振荡压力的引入,可以促使晶界间相互摩擦旋转,使其处在最佳契合状态,达到了提升材料力学性能的作用。其抗弯强度相较于传统制备工艺,有着近一倍的提升。