自蔓延反應合成TiB2-TiC-NiAl多孔材料的研究.pdf

1、TiB2-TiC由于具有高熔點、低密度、良好的熱和化學穩(wěn)定性等特點，作為高溫結(jié)構(gòu)材料具有廣泛的應用前景；NiAl金屬間化合物材料具有高熔點、高熱導率、優(yōu)異的抗氧化性能，同樣被視為良好的高溫結(jié)構(gòu)材料。本文以Ni粉、Al粉、Ti粉和B4C粉末為原料，通過自蔓延高溫合成技術(shù)制備了綜合性能優(yōu)良的多孔TiB2-TiC-NiAl復合材料，并對其進行了組織和性能的檢測分析。課題研究了NiAl含量、壓坯壓力和B4C粒度對產(chǎn)物的物相、微觀組織形貌和性能的

2、影響。研究結(jié)果表明：
　　NiAl含量的改變對產(chǎn)物種類沒有影響，主要物相均為NiAl、TiB2和TiC。在室溫（298K）下，當Ni與Al的原子比為1:1時，體系的絕熱溫度最高，且生成物為TiB2+TiC時，體系的吉布斯自由能最負。隨著NiAl含量的增加，孔徑減小，壁厚增加，孔隙率降低，抗壓強度增加。這是因為Al和Ni添加到3Ti+B4C中，反應過程中會形成中間產(chǎn)物金屬間化合物TiAln和TiNi共晶合金，這類產(chǎn)物的形成減少了孔隙

3、的大小，改善了反應物之間的結(jié)合性能，從而使最終產(chǎn)物的孔隙率和孔徑比未添加NiAl之前的產(chǎn)物都降低，孔壁增厚。
　　壓坯壓力的改變對產(chǎn)物的種類無明顯影響，主要物相均為NiAl、TiB2和TiC。這主要是由于壓坯壓力的影響主要是一種物理影響。不同壓坯壓力的試樣，均具有較好的連通孔洞，孔道曲折，孔壁粗糙，其孔徑較為細小，一般在10μm左右。產(chǎn)物的孔隙形狀發(fā)生變化，從三角形孔洞結(jié)構(gòu)逐漸變的棱角分明，最后擠壓成圓形。這是由于壓力增大后，粉末

4、之間的應力增大，造成了粉末顆粒的嚴重變形。隨著壓力的加大，孔隙的大小和數(shù)量同時下降，抗壓強度升高。一是由于當初始壓坯壓力增大時，初始粉末壓坯的粉末接觸更加緊密，壓坯的孔隙率低，反應合成后產(chǎn)物的孔隙率自然就低。二是由于壓力增大后，粉末之間的接觸更加緊密，促進了反應的進行，使反應之后的產(chǎn)物結(jié)合的也更加緊密，互相之間連接成一片固定的骨架。
　　當B4C的粒度小于20μm時，反應產(chǎn)物較純凈，為NiAl、TiC和TiB2三種，反應能夠按照預

5、先設(shè)計的反應路徑進行。B4C粒度大于20μm時，粉末顆粒較粗，除了NiAl、TiC和TiB2三相之外，還出現(xiàn)了B4C、C和TiAl等雜相。這主要是由于粉末顆粒越細小，反應的反應熱越低，從而使反應進行不能完全。隨著B4C粉末顆粒變粗，產(chǎn)物的孔隙率降低，抗壓強度升高。這主要是由于B4C顆粒越大，其熔化需要消耗更多的熱量和時間，使得體系的熱效應降低，從而影響了反應造孔的數(shù)量，造成了整體孔隙率趨于下降。由于有效支撐面積的增大，孔隙率的降低必然帶