立方氮化硼復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、cBN在硬度和熱導(dǎo)率方面僅次于金剛石，同時具有優(yōu)于金剛石的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，尤其在化學(xué)性能方面，對鐵族金屬是極其穩(wěn)定的。因此cBN可應(yīng)用于鐵制品的加工和研磨等，作為切削工具材料比金剛石更優(yōu)越，受到材料研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，其工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地擴大。
　　 本實驗采用原位合成的方法在cBN顆粒進行表面改性，在其表面包覆一層納米TiN顆粒，從而改善cBN顆粒表面結(jié)合性能差的問題。研究了不同條件下，微/納米cBN-T

2、iO2復(fù)合粉體和微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體的形成機理及其影響因素。將cBN-TiN復(fù)合粉體與Cu粉混合后，采用SPS技術(shù)燒結(jié)制備得到微/納米cBN-TiN增強銅基復(fù)合材料，研究了不同體積分數(shù)的cBN-TiN、燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力和保溫時間對微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體增強銅基復(fù)合材料的影響。利用TG-DTA對復(fù)合粉體的熱學(xué)性能進行分析，利用X射線衍射儀、SEM和EDS等對復(fù)合粉體和復(fù)合材料的物相組成、微觀形貌和元素分布等進行表征。對

3、微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體增強銅基復(fù)合材料的相對密度、顯微硬度、抗彎強度、電阻率和摩擦磨損等性能進行了綜合測試分析。
　　 實驗結(jié)果表明，以鈦酸丁酯為鈦源，采用溶膠-凝膠法制備得到微/納米cBN-TiO2前驅(qū)體，其包覆效果均勻，生成過程容易控制。獲得最佳的制備條件為：cBN經(jīng)14 mol/L的濃硝酸處理3 h后，n[C2H5OH]：n[Ti(OC4H9)4]=10:1，pH=7，水解溫度為20℃，n[H2O]：n[Ti(OC

4、4H9)4]=10:1，n[cBN]：n[Ti(OC4H9)4]=3:1。通過TG-DTA分析，確定了cBN-TiO2前驅(qū)體以5℃/min的升溫速度升至450℃，保溫2 h后可以得到微/納米cBN-TiO2復(fù)合粉體。將微/納米cBN-TiO2復(fù)合粉體在氨氣氣氛中于950℃下氮化5 h可完全得到微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體。
　　 SPS技術(shù)燒結(jié)制備得到的微/納米cBN-TiN增強銅基復(fù)合材料其相對密度隨著微/納米cBN-TiN

5、復(fù)合粉體的體積分數(shù)的增加而逐漸減小，顯微硬度、抗彎強度和電阻率隨著微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體體積分數(shù)的增加而增加。燒結(jié)溫度對微/納米cBN-TiN增強銅基復(fù)合材料的性能影響比較大，溫度過低時(600℃)，微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體不能得到很好的燒結(jié)，燒結(jié)溫度欠佳，造成微/納米cBN-TiN增強銅基復(fù)合材料的性能較低；溫度過高時(800℃)，微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體過度燒結(jié)，造成Cu基體的熔融，致使復(fù)合材料的性能下降。燒結(jié)壓

6、力對微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體的相對密度影響比較大，隨著燒結(jié)壓力的增加，相對密度也逐漸增加，增加到一定程度后，基本保持不變，但是過高的燒結(jié)壓力會減少模具的使用壽命。SPS最主要的特點就是燒結(jié)速度快，所以過長的保溫時間對樣品的性能也是不宜的。當(dāng)微/納米cBN-TiN復(fù)合粉體的體積分數(shù)為15vol.％、燒結(jié)溫度為700℃、燒結(jié)壓力為30 MPa，保溫時間為5 min時，得到的復(fù)合材料的綜合性能較優(yōu)，在此條件下得到的復(fù)合材料的相對密度為9