TiN1-x與共價化合物界面區(qū)域反應及PcBN制備研究.pdf

1、TiN等過渡金屬碳化物與氮化物由于其優(yōu)異的物化性質與力學性能在工程技術領域得到了廣泛的應用。本文通過機械合金化（MA）合成了高濃度N空位缺陷結構的非化學計量比TiN1-x（0.3<1-x<0.5）納米晶超細粉體。研究了TiN1-x與AlN界面區(qū)域的擴散反應，和TiN1-x與過渡金屬碳化物（VC，NbC，Mo2C，和TaC）的固溶反應，以及由此帶來的材料結構與力學性能變化。TiN1-x與多種過渡金屬碳化物、氮化物復合制備了適用于高速與高溫

2、條件下的聚晶立方氮化硼（PcBN）干切削刀具材料。
　　采用放電等離子體燒結（SPS）方法和超高壓高溫燒結（HPHT）方法實現(xiàn)了TiN1-x粉體的致密化燒結。N空位缺陷引起TiN1-x晶體結構中強共價鍵性降低，燒結過程中粉體表面能與應力能的釋放，成分微觀不均勻性與N空位相互作用，以及MA造成的晶體缺陷等，多種機制共同作用導致了TiN1-x粉體燒結活性提高。
　　高濃度N空位缺陷結構導致TiN0.3與AlN界面區(qū)域反應的發(fā)生并

3、形成復雜的界面結構。界面反應區(qū)域包含連續(xù)層狀化學計量比TiN單相區(qū)和新生成的AlN晶粒彌散分布于TiN1-x基體中的多相區(qū)，新生成的AlN通過晶內(nèi)型結構與TiN1-x形成共格界面。N空位形成的濃度差使AlN在高溫作用下分解并釋放自由N原子和Al原子，N原子擴散進入TiN0.3并占據(jù)N空位生成TiN與TiN1-x，Al原子擴散穿過TiN在TiN1-x內(nèi)生成AlN。界面區(qū)域反應與反應程度受N空位缺陷濃度與溫度的控制，高溫條件下TiN1-x在

4、高濃度N空位缺陷狀態(tài)與AlN發(fā)生反應并在低濃度N空位缺陷狀態(tài)反應系統(tǒng)保持平衡。界面區(qū)域反應導致TiN0.3/AlN復合材料微觀結構與力學性能巨大變化，新生成AlN的第二相顆粒增韌效果，復雜界面結構，晶內(nèi)型結構，和共格界面結構對裂紋擴展造成阻礙，多種原因提高了TiN0.3/AlN復合材料的力學性能。
　　TiN0.3與強共價鍵過渡金屬碳化物在高濃度N空位缺陷結構與溫度的作用下，發(fā)生類似于TiN0.3與AlN界面區(qū)域的元素擴散。TiN

5、0.3與VC，Mo2C，TaC，和NbC混合燒結產(chǎn)生不同程度固溶，分別形成均一面心立方（fcc）結構的(Ti,V)(C,N)，(Ti,Mo)(C,N)，(Ti,Ta)(C,N)和(Ti,Nb)(C,N)。多元過渡金屬碳氮化物的力學性能普遍高于任意單一組分的化合物。共價鍵晶體結構中多種原子的尺度效應形成了高密度的晶格畸變和復雜的應力場，解理面的復雜化及復雜應力場與裂紋尖端應力交互作用分散了應力集中并對裂紋的擴展造成了阻礙，使材料的力學性能