SPS燒結(jié)Ti（C，N）基金屬陶瓷的組織結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、放電等離子燒結(jié)（Spark Plasma Sintering，簡(jiǎn)稱SPS），是近幾年在材料領(lǐng)域興起的一種新技術(shù)。SPS 燒結(jié)時(shí)通過綜合控制直流脈沖通電初期的電火花放電造成的局部高溫場(chǎng)、放電沖擊壓力、表面凈化作用、焦耳加熱以及電場(chǎng)擴(kuò)散等效果，達(dá)到快速燒結(jié)的目的。 本文采用X 射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線能譜（EDS）等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)地研究了用放電等離子燒結(jié)法制備Ti(C,N)基金屬陶瓷的成分、制

2、備工藝、組織結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。 本文首先簡(jiǎn)要介紹了Ti(C,N)基金屬陶瓷制備技術(shù)的發(fā)展概況，然后綜述了SPS燒結(jié)技術(shù)在陶瓷材料制備中的應(yīng)用，總結(jié)了SPS 燒結(jié)機(jī)制，以及SPS 燒結(jié)時(shí)的溫度場(chǎng)、脈沖電磁場(chǎng)作用機(jī)理的研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上指出了本文的研究目的和意義。 對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷SPS 燒結(jié)過程中的相變和組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律進(jìn)行了研究。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在1200℃以上，金屬陶瓷內(nèi)部基本只存在硬質(zhì)相和粘結(jié)相兩

3、種相，Rim相的厚度非常小。隨著燒結(jié)溫度的增加，至1350℃時(shí)，TiC 點(diǎn)陣常數(shù)不斷增大。1400℃燒結(jié)時(shí)，TiC 相點(diǎn)陣常數(shù)急劇降低。Ni 相點(diǎn)陣常數(shù)隨燒結(jié)溫度的升高而增加。在脈沖磁場(chǎng)的作用下，磁性Ni 原子在脈沖磁場(chǎng)的作用下有向燒結(jié)體外部流動(dòng)的趨勢(shì)，造成金屬陶瓷Ni 相含量的降低。 研究了SPS 燒結(jié)Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織的形成及特點(diǎn)，并與真空燒結(jié)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)SPS 燒結(jié)時(shí)抑制晶粒長(zhǎng)大的作用十分明顯，液相燒結(jié)階段

4、的溶解－析出機(jī)制與真空類似。對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷的SPS 燒結(jié)工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，得到了其優(yōu)化的燒結(jié)工藝。 研究了晶粒長(zhǎng)大抑制劑VC 對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷組織和性能的影響，在沒有加入晶粒長(zhǎng)大抑制劑時(shí)，硬質(zhì)相顆粒發(fā)生較大的團(tuán)聚現(xiàn)象，金屬陶瓷顯微組織分布很不均勻。加入0.6wt％VC 后，除少數(shù)大顆粒硬質(zhì)相外，大部分硬質(zhì)相的晶粒尺寸約為0.05～0.3 m μ，金屬陶瓷的顯微組織分布均勻，金屬陶瓷有較高的性能。

5、 研究了納米粉的加入量對(duì)金屬陶瓷組織和性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與加入20wt％和60wt％納米粉相比，加入100％納米粉后，金屬陶瓷的抗彎強(qiáng)度最高，與真空燒結(jié)相比，SPS 燒結(jié)時(shí)因?yàn)闊Y(jié)時(shí)間短，晶粒長(zhǎng)大得到抑制。 最后探討了SPS 燒結(jié)納米級(jí)Ti(C,N)基金屬陶瓷相界面的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明：SPS燒結(jié)Ti(C,N)基金屬陶瓷中，Rim 相由一些晶粒尺寸小于20nm 的亞晶粒組成，這些細(xì)小的晶粒對(duì)改善Rim 相的塑性有較好的作用。