TiAl-B-,4-C復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、碳化硼陶瓷相對(duì)密度小(2.52g/cm3)、硬度高、強(qiáng)度高、耐磨損，Ti-Al有序金屬間化合物性能介于金屬和陶瓷之間的一種新型半陶瓷材料，由于其原子的長(zhǎng)程有序排列以及金屬鍵和共價(jià)鍵的共存性，在力學(xué)性能上填補(bǔ)了陶瓷和金屬之間的材料空白區(qū)域，具有優(yōu)異的抗氧化性、抗硫化腐蝕性和較高的高溫強(qiáng)度，密度較小，比強(qiáng)度較高，作為陶瓷的粘結(jié)相具有更為突出的優(yōu)點(diǎn)。B4C陶瓷基體耐磨、抗腐蝕并具有高的高溫強(qiáng)度，而Ti-Al金屬間化合物通過(guò)裂紋橋連作用改善韌性

2、，兩者形成的復(fù)合材料即可充分發(fā)揮組分各自的優(yōu)點(diǎn)而具有優(yōu)異的力學(xué)性能。 基于以上，本文以B4C陶瓷為基體，用Ti-Al金屬間化合物作為B4C陶瓷的粘結(jié)相，對(duì)B4C陶瓷進(jìn)行強(qiáng)化活化燒結(jié)，通過(guò)控制組分和工藝過(guò)程，制備成分均勻的Ti-Al/B4C復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料制備工藝、力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、相組成、增韌機(jī)制等進(jìn)行了評(píng)估。 利用機(jī)械合金化工藝制備了TiAl、Ti3Al粉體，并通過(guò)XRD、TEM等分析方法對(duì)機(jī)械合金化及低溫退火

3、過(guò)程中的組織結(jié)構(gòu)演變、微觀結(jié)構(gòu)予以表征和測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，機(jī)械合金化過(guò)程是一個(gè)反復(fù)的變形、冷焊、鐓粗、斷裂過(guò)程，Ti-Al混合粉末經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的機(jī)械球磨，晶體的結(jié)構(gòu)、形貌發(fā)生很大的變化。隨著球磨時(shí)間的增加，Ti、Al衍射峰強(qiáng)度逐漸降低，半峰寬逐漸增加，在機(jī)械力作用下球磨后的粉末失去了原來(lái)的晶型形貌。球磨20小時(shí)后的粉體經(jīng)過(guò)600℃熱處理后完全轉(zhuǎn)變?yōu)門i-Al和Ti3Al金屬間化合物。 通過(guò)對(duì)基體B4C和主要增強(qiáng)相Ti-Al系金屬間化合

4、物熱力學(xué)計(jì)算分析了燒結(jié)的可行性，通過(guò)對(duì)Ti-Al/B4C復(fù)合材料性能及微觀結(jié)構(gòu)的研究確定了復(fù)合材料的制備工藝。分別使用不同含量的TiAl和Ti3Al及其雙相組織作為粘結(jié)劑加入到復(fù)合材料中，通過(guò)燒結(jié)體力學(xué)性能的比較，確定最佳用量。結(jié)果表明：Ti-Al系IMC的加入可以對(duì)B4C陶瓷起到增韌補(bǔ)強(qiáng)的作用，二者可有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)兩元互補(bǔ)增韌補(bǔ)強(qiáng)；實(shí)驗(yàn)中制得最佳復(fù)合材料成分配比為20wt％Ti3Al+80wt％B4C，在1680℃下燒結(jié)，其彎曲強(qiáng)度為5