電場激活壓力輔助燃燒合成技術制備功能梯度材料的組織與性能研究.pdf

1、本文采用電場(直流)激活壓力輔助燃燒合成法(FAPACS)技術制備了Ti-C-Ni和Ti-B4C-Ni體系梯度功能材料(FGMs)。傳統(tǒng)的燃燒合成技術(CS)具有節(jié)省能源、合成速度快和產(chǎn)品純度高等特點，被廣泛地應用于金屬－陶瓷復合材料的制備，但是，該技術在制備某些復合材料方面存在反應不完全、多孔和缺陷多等缺點。而在外加電場和壓力的共同作用下，利用FAPACS技術所制備出的材料致密性得以提高，電場產(chǎn)生的焦耳熱和質(zhì)量傳輸效應可以克服CS反應

2、的熱力學局限性，合成高致密度的功能材料。該材料可被廣泛應用于航空、航天和機械等領域。
　　 本文以Ti-C-Ni和Ti-B4C-Ni反應體系為研究對象。首先通過計算體系吉布斯自由能從理論上分析燃燒合成過程中梯度功能材料各層自持反應的可能性，為隨后的試驗確定理論依據(jù)。研究結(jié)果表明，為使Tad≥1800K，需要對Ti-Al體系以及含Ni量為50[％]的復合陶瓷層進行預熱處理500℃。
　　 利用掃描電子顯微鏡、光學顯微鏡、X

3、射線衍射儀等設備對梯度功能材料各層的界面形貌，物相組成及界面元素分布進行了測試分析。利用顯微硬度計、磨損試驗機和三點彎曲試驗機分析了合成材料的力學性能。分析測試結(jié)果表明：在壓力作用下，材料組織均勻致密；電場的施加以及TiAl的燃燒反應是合成材料的關鍵；經(jīng)原位合成的復合陶瓷層顆粒均勻細??；梯度功能材料的陶瓷復合層、TiAl層及Ti基板層界面均形成了成分的互擴散，冶金結(jié)合良好；梯度材料的硬度值和韌性呈梯度變化。表層復合陶瓷層的KIC理論計算

4、平均值約為3.6MPa·m；表層復合陶瓷具有較高的抗磨性，其磨損量約為高速鋼的13[％]。
　　 電場作用下的Ti-TiAl板的擴散連接研究結(jié)果表明，壓力、電流及擴散時間對接頭性能影響顯著。當焊接電流到達1200A時，接頭三點彎曲強度達到353MPa；壓力保持40MPa對Ti-Al粉與Ti進行電場作用下的反應擴散連接時，界面擴散溶解層明顯分為Ti(ss.Al)和(Ti3Al+TiAl)兩區(qū)，且擴散溶解層寬度以及力學性能都隨電流和