放電等離子燒結(jié)TiBCN復(fù)合材料工藝及性能研究.pdf

1、TiB2，TiCN等陶瓷材料具有耐高溫、高強(qiáng)度和耐磨損等優(yōu)良性能，在諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但提高其綜合力學(xué)性能尤其是韌性一直受到關(guān)注。本課題組采用滲硼法自制TiBCN四元組分粉末材料，使用放電等離子燒結(jié)工藝制備塊體陶瓷材料，并探討其組織和性能。為了降低TiBCN陶瓷材料燒結(jié)溫度和提高燒結(jié)材料的致密度及力學(xué)性能，采用球磨機(jī)械混合的方式向TiBCN粉末添加燒結(jié)助劑(8％wt)Ni、(7%wt)Mo和(15%wt)WC，燒結(jié)制得致密的TiB

2、CN復(fù)合陶瓷材料。
　　研究中，放電等離子燒結(jié)技術(shù)參數(shù)：TiBCN陶瓷粉末燒結(jié)溫度為1250℃，1350℃，1450℃；燒結(jié)壓力為40MPa，45MPa，50MPa；保溫時(shí)間為3min，5min，8min；升溫速率為80℃/min、90℃/min、100℃/min。TiBCN復(fù)合陶瓷材料燒結(jié)壓力為50MPa，升溫速率為90℃/min，保溫時(shí)間為5min，燒結(jié)溫度分別為1000℃、1100℃、1200℃。使用場(chǎng)發(fā)射電子掃描顯微鏡、X

3、射線衍射儀對(duì)燒結(jié)TiBCN陶瓷材料的表面微觀形貌、斷口微觀形貌和物相組成進(jìn)行檢測(cè)分析，使用洛氏硬度計(jì)、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和阿基米德測(cè)量?jī)x評(píng)定TiBCN陶瓷材料的硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性和致密度。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著燒結(jié)溫度的升高，TiBCN陶瓷材料的致密度、硬度、抗彎強(qiáng)度均有所提高，在燒結(jié)溫度為1450℃時(shí)，TiBCN陶瓷材料的性能較佳，致密度、硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性可達(dá)到97.10%、75.3HRA、325.07MPa、5.059

4、MPa·m1/2；燒結(jié)壓力從40MPa增大到50MPa時(shí)，TiBCN陶瓷材料致密度有很大的提高，可達(dá)到97.10%，保溫時(shí)間對(duì)燒結(jié)制備的TiBCN陶瓷材料致密度和硬度影響不大；隨著升溫速率升高，TiBCN陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度逐漸減小，其在升溫速率為80℃/min時(shí)較佳為332.29MPa，其致密度和硬度變化不大，致密度均達(dá)到91%以上，硬度值HRA分別為70.6、75.3、69.3。當(dāng)燒結(jié)溫度為1450℃，燒結(jié)壓力50MPa，保溫時(shí)間5m

5、in，升溫速率為90℃/min時(shí)，放電等離子燒結(jié)的TiBCN陶瓷材料具有較好的綜合性能。
　　TiBCN復(fù)合陶瓷材料研究結(jié)果表明：其復(fù)合陶瓷材料致密度和力學(xué)性能有了顯著的提高。在燒結(jié)溫度1100℃，燒結(jié)壓力為50MPa時(shí)，TiBCN復(fù)合陶瓷材料致密度、硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性分別達(dá)到98.42%、88.2HRA、396.19MPa、6.025MPa·m1/2；與獲得相同致密度的TiBCN陶瓷材料相比，燒結(jié)溫度降低了大約350℃，與