短纖維-Ti(C,N)基金屬陶瓷復合材料工藝及性能研究.pdf

1、Ti(C,N)基金屬陶瓷是一種具有優(yōu)異高溫力學性能的功能結構材料，是傳統(tǒng)硬質合金的首選替代產品，目前，其在機械切削加工、航空航天、地質勘探、石油化工、汽車零部件等領域均有應用。但是，Ti(C,N)基金屬陶瓷強度和韌性不足的缺點，嚴重制約了其在更大范圍內的進一步應用推廣。因此，Ti(C,N)基金屬陶瓷的強韌化性能研究成為國內外科研工作者們研究的重點。目前，研究者們主要通過優(yōu)化原料配方、細化原料顆粒、改進生產工藝等方法對Ti(C,N)基金屬

2、陶瓷的強度和韌性進行改善。但是，對于纖維增韌Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究，至今未見任何相關報道。鑒于此，本文對短纖維/Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學性能進行研究。
　　首先，研究了碳纖維添加量對Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學性能的影響。結果表明，隨著碳纖維添加量的增加，Ti(C,N)基金屬陶瓷材料的斷面層次感增強，斷口處露出纖維數(shù)量逐漸增多，材料斷裂機制主要表現(xiàn)為微裂紋偏轉、纖維脫粘、纖維拔出、纖維斷裂和纖維橋聯(lián)

3、，材料密度逐漸降低，孔隙率變大，材料抗彎強度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當碳纖維添加量為4wt％時，材料整體力學性能達到最佳，材料硬度為12.25GPa，抗彎強度為446.37MPa，相對于未添加碳纖維的Ti(C,N)基金屬陶瓷提高了9.3%，說明添加適量碳纖維可以改善Ti(C,N)基金屬陶瓷的強度和韌性。
　　其次，研究了碳纖維表面改性、纖維鍍層厚度和改性纖維球磨時間對Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學性能的影響。結果表明，添加

4、表面改性碳纖維可以大大改善纖維與基體之間的相容性，進而改善材料整體性能，但是，纖維鍍層過厚時，材料基體內孔隙率過高，缺陷數(shù)量增多，材料力學性能下降，同時隨著球磨時間的延長，添加纖維尺寸不斷變小，材料性能不斷降低，當纖維厚度為1μm、球磨時間為0.5h時，既可大大改善纖維與基體間的相容性又可控制材料內部孔隙率不致過高。
　　最后，研究了氧化鋁纖維添加量對Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學性能的影響。結果表明，材料密度和孔隙率在纖