碳化硼陶瓷的界面与微结构调控相关基础问题探索

碳化硼陶瓷具有超高硬度、低密度、高抗冲击性能等性能特点，在轻质防弹领域的应用得到特别关注，但其断裂韧性低、强度不高等缺点限制了它的应用。本项目试图通过对碳化硼陶瓷的界面性能与微结构的调控，探讨提高材料断裂韧性和强度的新途径。采用稀土元素掺杂、晶界改性、同质碳化硼晶须补强以及强磁场诱导织构化的方式实现对晶界和微结构的调控，从而优化断裂行为、提高碳化硼陶瓷的断裂韧性、优化碳化硼陶瓷的力学性能。深入探讨微结构调控对材料力学、电学和热学等性能的改性效果，期望得到在特定晶面方向上具有较大性能优化的碳化硼陶瓷或其复合材料，最终为从根本上提高碳化硼陶瓷的综合性能提供理论依据，为提升碳化硼陶瓷的实际应用水平提供前瞻指导。

碳化硼（B4C）陶瓷具有超高硬度、低密度、高抗冲击性能等性能特点，在轻质防弹领域的应用得到特别关注，但其断裂韧性低、强度不高等缺点限制了它的应用。本项目试图通过对碳化硼陶瓷的界面性能与微结构的调控，探讨提高材料断裂韧性和强度的新途径。采用稀土元素掺杂、添加金属添加剂以及反应热压烧结等手段实现对晶界和微结构的调控，从而优化断裂行为、提高碳化硼陶瓷的断裂韧性、优化碳化硼陶瓷的力学性能。.首先，对碳化硼陶瓷的稀土元素掺杂进行了研究。从添加剂阳离子半径与碳化硼原子半径的角度对此进行了分析，提出了不同添加剂所起的不同致密化效果的理论依据和筛选原则；研究了离子半径对碳化硼烧结过程中的固相扩散的影响；并对氧化物添加剂和稀土氧化物添加剂选择的离子半径判据进行了实验验证。.其次，采用金属锆、钛和硼化钛为添加剂进行碳化硼陶瓷原位反应烧结及微结构调控。对烧结过程中的原位反应进行了研究，并研究了不同添加剂及其不同含量对碳化硼陶瓷致密化及显微结构的影响。.随后，进行了碳化硼基陶瓷的反应热压烧结研究。直接以硼粉和炭黑为原料，并采用多种添加剂，通过反应热压烧结制备碳化硼陶瓷。研究了金属添加剂和金属氧化物添加剂等对碳化硼陶瓷的反应热压烧结致密化与相组成的影响，同时对所得的致密化碳化硼陶瓷的显微结构和力学性能进行了研究。.综上，本项目中，采用稀土元素掺杂、添加金属添加剂以及反应热压烧结等手段实现对晶界和微结构的调控，最终为从根本上提高碳化硼陶瓷的综合性能提供理论依据，为提升碳化硼陶瓷的实际应用水平提供前瞻指导。