納米Ni-微米TiB-,2-包覆顆粒的Hybridization制備與燒結(jié)特性.pdf

1、金屬陶瓷是一種由金屬或者合金同一種或者幾種陶瓷相所組成的非均質(zhì)的復(fù)合材料。它既保持有陶瓷的高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐高溫、抗氧化和化學(xué)穩(wěn)定性等特性，又有較好的金屬韌性和可塑性，是一類應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料。TiB2陶瓷由于具有極高的熔點(diǎn)、硬度和優(yōu)良的導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性與耐腐蝕性、韌性好及比重輕等優(yōu)異性能，使其成為制備金屬陶瓷復(fù)合材料的優(yōu)異候選材料。但由于TiB2陶瓷和大多數(shù)金屬的潤濕性都不好，使TiB2基金屬陶瓷燒結(jié)時致密化過程困難。金屬N

2、i是和TiB2陶瓷潤濕性較好的金屬之一，如何得到高致密度的TiB2-Ni金屬陶瓷對TiB2基金屬陶瓷的制備和燒結(jié)具有重要的指導(dǎo)意義。 Hybridization(簡稱HYB)系統(tǒng)是由日本科學(xué)家MasumiKoishi和HirotakaHonda等在1986年提出的高速氣流沖擊式粉體表面改性系統(tǒng)。物料在HYB系統(tǒng)的高速轉(zhuǎn)子、氣流等共同作用下被迅速分散，并受到強(qiáng)大的沖擊力作用，同時也包括受到粒子間相互作用的壓縮、摩擦、剪切、撞擊等多

3、種力的作用，在短時間(1～10min)內(nèi)均勻地完成固定、成膜或球形化處理。已有的研究表明：HYB系統(tǒng)可制備納米級顆粒包覆在微米級顆粒的表面形成良好的包覆結(jié)構(gòu)。 本文在改進(jìn)傳統(tǒng)混合方法制備TiB2-Ni金屬陶瓷混合粉的基礎(chǔ)上，利用HYB系統(tǒng)采用不同的工藝條件制備得到納米Ni/微米TiB2包覆顆粒的包覆粉和混合包覆粉。首先從理論計算和模擬的角度上證明了制備納米Ni/微米TiB2包覆顆粒的可行性。其后在研究不同工藝條件對HYB制備過程

4、和產(chǎn)物粉末結(jié)構(gòu)的影響關(guān)系的同時，也研究了混合粉、包覆粉、混合包覆粉的特性。最后采用熱壓燒結(jié)方法和SPS技術(shù)對混合粉和混合包覆粉進(jìn)行了燒結(jié)，并對燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)和性能做了對比。 理論計算和模擬結(jié)果證明：納米Ni顆粒碰撞TiB2顆?？梢孕纬蓡螌踊蛘叨鄬拥陌步Y(jié)構(gòu)。隨著碰撞速度的提高和碰撞角度的增大，越有利于形成薄膜結(jié)構(gòu)而且薄膜的厚度在減小。速度為200m/s時80nm粒徑的Ni顆粒可形成厚度為10.5nm的單層薄膜結(jié)構(gòu)和厚度為21nm的

5、兩層薄膜結(jié)構(gòu)。而納米Al2O3顆粒不管以任何速度和角度碰撞TiB2顆粒都不可能形成單層和多層包覆結(jié)構(gòu)。 對不同工藝條件對HYB制備過程和產(chǎn)物粉末結(jié)構(gòu)影響關(guān)系的研究結(jié)果表明：制備包覆粉和混合包覆粉時，HYB溫度隨轉(zhuǎn)速的提高而升高；HYB溫度隨時間的延長先升高到一個平臺而后下降；HYB回收量隨轉(zhuǎn)速的提高而升高；包覆粉HYB回收量隨時間的延長影響不大，而混合包覆粉HYB回收量隨時間的延長而增大。由于包覆粉溫度升的更高，使得部分包覆粉中

6、納米Ni被氧化；而混合包覆粉因為溫度升高的較低沒有發(fā)現(xiàn)納米Ni氧化。包覆粉和混合包覆粉的表面納米Ni隨轉(zhuǎn)速的提高和時間的延長由顆粒狀慢慢轉(zhuǎn)化為薄膜，且顆粒的外形具有圓滑化的趨勢。包覆粉和混合包覆粉都形成了單層包覆和多層包覆結(jié)構(gòu)，驗證了理論計算和模擬的結(jié)果。 對混合粉、包覆粉、混合包覆粉特性的研究表明：低壓時混合粉的密度高于包覆粉和混合包覆粉，是因為低壓時金屬粉末尚沒有進(jìn)入到間隙中；高壓時部分混合包覆粉(轉(zhuǎn)速為12000r/min

7、)的密度高于混合粉，是因為金屬塑性變形促進(jìn)密實(shí)化的作用。抗氧化增重性能結(jié)果說明：混合包覆粉相對混合粉具有更好的抗氧化增重性能。XPS分析結(jié)果也說明混合包覆粉比混合粉、包覆粉都具有較好的包覆結(jié)構(gòu)。投料量的改變進(jìn)一步證明投料量為44.13g時制備混合包覆粉的合理性。從而得到制備良好包覆結(jié)構(gòu)的納米Ni/微米TiB2包覆顆粒的最佳工藝是：以混合粉為原料，轉(zhuǎn)速12000r/min，時間10min，投料量44.13g。 1100℃時熱壓燒結(jié)

8、混合粉，燒結(jié)體相對密度93.6％、硬度92.7HRA、抗彎強(qiáng)度315MPa。在同樣條件下熱壓燒結(jié)混合包覆粉，燒結(jié)體相對密度97.7％，相對混合粉提高4％左右；硬度93.5HRA，相對混合粉提高0.8HRA；抗彎強(qiáng)度337MPa，相對混合粉提高7％。金相分析說明混合包覆粉熱壓燒結(jié)時因為納米Ni薄膜存在于TiB2顆粒的表面，阻礙了TiB2顆粒的生長和長大。 1100℃時SPS燒結(jié)混合粉，燒結(jié)體相對密度95.8％、硬度92.7HRA。