Ⅳ族过渡金属元素碳、硼化物制备体系的高温物化反应及其相平衡研究

In our previous research, as a part of the works for national fund of natural sciences (NSFC50962001), It’s found that the ultra-high temperature carbide ZrC could be obtained by solid-state reaction in the SiC-ZrO2-MgO system at low temperature. This result provides a new route to directly synthesize ultra-high temperature ceramics (UHTCs) by reaction-sintering. As the continuation of the previous research the present project will study the solid-state reaction and phase equilibrium relations in the SiC-(B4C)-MO2-WO/RxOy(W=alkaline earth metallic elements Mg,Ca,Sr,Ba; R=rare earth elements La,Y) systems. The phase relations and constituted phase diagrams will benefit the compositional design and optimize the processing of reaction sintering the UHTC materials of MC, MB2 and MB2/MC(M=Ti, Zr, Hf).

在上一个国基金（NSFC50962001）的后续研究中发现SiC-MgO-ZrO2三元系统内存在三元固相反应，可生成碳化物ZrC，此发现为反应烧结制备碳化物基超高温陶瓷（ UHTC ）提供了新的可能的反应体系。在此研究基础之上，本项目着眼于合成第Ⅳ副族过渡金属碳化物MC及硼化物MB2(M=Ti，Zr，Hf)，提出一系列反应体系SiC-(B4C)-MO2 (M=Ti, Zr, Hf)-WO/RxOy（W为碱土金属元素Mg、Ca、Sr、Ba；R为稀土元素La、Y），重点研究碳化物MC及硼化物MB2的生成机理及各体系内的高温物化反应，并构建高温相图。此高温相关系研究的开展对于反应烧结MC、MB2以及MB2/MC为基的超高温陶瓷的组分设计、工艺优化等具有一定的指导意义。

本项目着眼于合成第Ⅳ副族过渡金属碳化物MC及硼化物MB2(M=Ti，Zr，Hf)，分别提出SiC-MO2 (M=Ti, Zr, Hf)-WO/RxOy（W为碱土金属元素Mg、Ca、Sr、Ba；R为稀土元素La、Y）和B4C-MO2 (M=Ti, Zr, Hf)-C两个反应体系，重点研究了各体系内的高温物化反应及碳化物MC和硼化物MB2的生成机理。实验结合热力学计算发现在SiC-MO2(M=Ti, Zr, Hf)-WO/RxOy三元系统内存在复杂的物理化学反应，可通过置换反应生成碳化物MC；在B4C-MO2 (M=Ti, Zr, Hf)-C体系内可通过硼/碳热反应一步合成MC-MB2复合粉体，通过工艺调整、配方优化，得到粒度在纳微米级、氧含量达标、两相成分可控的复相陶瓷粉体。以上实验结果为反应烧结碳化物MC硼化物MB2（M=Zr、Ti、Hf）基超高温陶瓷探索可能的新的反应系统，为以MC、MB2为基的超高温陶瓷（UHTC）的组分设计和工艺最佳化提供依据。与此同时，构建了SiC-SiO2-MC-MO2-WO（W=Mg、Ca、Sr、Ba）多个的高温实验相图，补充了高温和超高温非氧化物（碳化物）陶瓷体系相图。