反應(yīng)合成NiAL-TiC-CNTs及NiAL-TiB2-Al2O3復(fù)合材料的研究.pdf

1、NiAl金屬間化合物由于具有密度低、熔點(diǎn)高良好的熱導(dǎo)率以及優(yōu)良的抗腐蝕性能而備受關(guān)注，其優(yōu)異的性能使之在高溫環(huán)境及腐蝕性環(huán)境中具有很好的應(yīng)用前景，但其固有的缺點(diǎn)室溫塑性差，高溫抗氧化性能差等限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用.制備復(fù)合材料對(duì)NiAl進(jìn)行改性是最具潛力的方法。本課題以NiAl金屬間化合物為基體，用Ni粉、Al粉、Ti粉、石墨和多壁碳納米管以及Ni、Al、TiO2和B2O3粉末制備了NiAl-TiC/CNTs和NiAl-TiB2-Al2O

2、3復(fù)合材料，研究了不同的外加和內(nèi)生增強(qiáng)相對(duì)NiAl基體的強(qiáng)化效果，并探討外加增強(qiáng)相CNTs在基體中的分布，以及內(nèi)生增強(qiáng)相TiC、TiB2和Al2O3的形態(tài)分布及生長(zhǎng)機(jī)制。
　　在熱爆反應(yīng)合成制備NiAl-TiC/CNTs復(fù)合材料體系中，當(dāng)CNTs作為獨(dú)立的添加相加入NiAl中時(shí)，CNTs不參與NiAl合成的反應(yīng)，產(chǎn)物中CNTs主要分布于NiAl晶界，為NiAl晶粒形核提供基底，細(xì)化了晶粒;TiC在NiAl熔體中依附于碳源率先形核，

3、隨著TiC晶核數(shù)量的增多，TiC的完全長(zhǎng)大受到抑制，并非長(zhǎng)大成平衡態(tài)的八面體結(jié)構(gòu)，而是呈現(xiàn)截八面體、立方體和類球形，由于石墨比CNTs提供了較少的TiC形核基底，因此以石墨為碳源生成的TiC生長(zhǎng)為更接近八面體的截八面體和立方體，而依附CNTs生長(zhǎng)的TiC呈現(xiàn)類球形。CNTs對(duì)TiC的分布起導(dǎo)向作用，NiAl基體中的TiC有的按照原始CNTs的形態(tài)呈現(xiàn)一定的取向，同時(shí)，體系中存在少量未反應(yīng)的CNTs，這部分CNTs對(duì)一方面對(duì)基體起橋連作用

4、，另一方面也是NiAl的形核基底，細(xì)化了NiAl晶粒。但由于CNTs與NiAl晶粒尺度的不匹配，使其優(yōu)異的力學(xué)性能在復(fù)合材料中未得到很好地體現(xiàn)。
　　通過(guò)添加Al+TiO2+B2O3以自蔓延高溫合成工藝制備內(nèi)生TiB2+Al2O3增強(qiáng)NiAl的復(fù)合材料體系中反應(yīng)產(chǎn)物為NiAl+TiB2+Al2O3，反應(yīng)完全徹底，沒(méi)有其他相的生成，該體系的絕熱溫度介于Ni+Al→NiAl和10Al+3TiO2+3B2O3→3TiB2+5Al2O3之

5、間，隨著Al+TiO2+B2O3的含量增加，體系的絕熱溫度升高。當(dāng)Al+TiO2+B2O3量較少時(shí)白色長(zhǎng)條狀和片狀(～5μm)的TiB2分布于NiAl的晶界處，細(xì)化了NiAl晶粒。當(dāng)Al+TiO2+B2O3的含量低于10wt.％時(shí)，生成的TiB2和Al2O3呈魚骨狀結(jié)構(gòu)通過(guò)“自組裝”的模式，隨著Al+TiO2+B2O3含量的增加，TiB2顆粒充分長(zhǎng)大，呈六棱柱或立方體，并在NiAl基體中自由分布，這些顆粒同時(shí)為NiAl提供形核基底，細(xì)化