熱壓Ti-,3-SiC-,2--TiB-,2-復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、Ti3SiC2是一種新型的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于其兼具了金屬和陶瓷材料的諸多優(yōu)異性能而成為材料研究人員的研究的焦點(diǎn)。然而，在常溫下由于其硬度低以及較低的抗蠕變強(qiáng)度仍然是其實(shí)用化的主要障礙。而通過添加陶瓷顆粒制備成Ti3SiC2基復(fù)合材料可獲得良好的力學(xué)性能，并同時保持其密度低等特點(diǎn)。 TiB2是一類具有許多優(yōu)良性能的陶瓷。如高熔點(diǎn)、高硬度、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗腐蝕性好。更為重要的是，TiB2與Ti3SiC2的結(jié)構(gòu)很相似，都屬六方晶系，而

2、且兩者的熱膨脹系數(shù)很接近，因此，在Ti3SiC2基中引入一小部分的TiB2，從而制備Ti3SiC2/TiB2復(fù)合材料，就可能兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)。 本文開展了分別采用外摻法(TiC/Ti/Si/Al/TiB2粉)和原位法(TiC/Ti/Si/B4C/Al粉)兩種不同方法，結(jié)合熱壓工藝制備Ti3SiC2/TiB2塊體復(fù)合材料的研究。在1400℃的燒結(jié)溫度下成功地制備出TiB2體積分?jǐn)?shù)分別為5％，10％，20％致密塊體Ti3SiC2/Ti

3、B2材料，應(yīng)用X-射線衍射分析和掃描電鏡，分析研究了外摻法(TiC/Ti/Si/Al/TiB2粉)和原位法(TiC/Ti/Si/B4C/Al粉)制備的Ti3SiC2/10vol％TiB2復(fù)合材料從600℃到1400℃范圍內(nèi)整個制備過程的相形成規(guī)律。結(jié)果表明：在外摻法中，試樣只有主晶相為Ti3SiC2與TiB2兩相，衍射圖譜中沒有其他雜質(zhì)相的存在，在900℃以前，主要形成Ti5Si3中間相，在1000℃時，開始有少量的Ti3SiC2生成，

4、在整個過程中，沒有發(fā)現(xiàn)Ti3SiC2與TiB2之間有反應(yīng)發(fā)生，TiB2僅與原始粉體物理混合從而推遲了反應(yīng)的進(jìn)行。在原位法中，當(dāng)TiB2體積含量低于10vol％時，主晶相為Ti3SiC2與TiB2兩相，當(dāng)TiB2體積含量大于10vol％時，有雜質(zhì)相TiC生成；在1000℃以前，反應(yīng)和外摻法中相似，在1100℃時，Ti和B4C開始反應(yīng)生成TiB2相，整個過程中B4C不與其他物質(zhì)反應(yīng)。Ti3SiC2單相材料由層、片狀顆粒組成，板長約為10μm

5、。隨TiB2含量的增加，顆粒不斷的細(xì)化，可以認(rèn)為TiB2晶粒呈等軸狀生長，平均粒徑為5μm，TiB2在基體材料中分布比較均勻。當(dāng)TiB2體積含量高于10vol％時，復(fù)合材料中TiB2少量晶粒開始團(tuán)聚。實(shí)驗結(jié)果表明在1300℃至1450℃能生成Ti3SiC2和TiB2兩相的復(fù)合材料。 論文還研究了外摻法熱壓制備不同TiB2體積含量的Ti3SiC2/TiB2復(fù)合材料的物理性能和腐蝕行為。當(dāng)TiB2體積含量為10vol％時，復(fù)合材料的

6、硬度，彎曲強(qiáng)度，斷裂韌性都有顯著的提高。經(jīng)熱處理后，Ti3SiC2/10vol％TiB2復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度由368MPa提高至485MPa，提高幅度達(dá)32％，韌性由4.93MPa·m1/2提高至5.59MPa·m1/2，增幅達(dá)13％，硬度最大為8.2GPa。同時，Ti3SiC2，Ti3SiC2/5vol％TiB2，Ti3SiC2/10vol％TiB2，Ti3SiC2/20vol％TiB2復(fù)合材料在室溫下的電導(dǎo)率分別為3.86×106S·