熱壓Ti-,3-SiC-,2--TiB-,2-復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、Ti3SiC2是一種新型的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于其兼具了金屬和陶瓷材料的諸多優(yōu)異性能而成為材料研究人員的研究的焦點。然而，在常溫下由于其硬度低以及較低的抗蠕變強度仍然是其實用化的主要障礙。而通過添加陶瓷顆粒制備成Ti3SiC2基復(fù)合材料可獲得良好的力學(xué)性能，并同時保持其密度低等特點。 TiB2是一類具有許多優(yōu)良性能的陶瓷。如高熔點、高硬度、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗腐蝕性好。更為重要的是，TiB2與Ti3SiC2的結(jié)構(gòu)很相似，都屬六方晶系，而

2、且兩者的熱膨脹系數(shù)很接近，因此，在Ti3SiC2基中引入一小部分的TiB2，從而制備Ti3SiC2/TiB2復(fù)合材料，就可能兼具兩者的優(yōu)點。 本文開展了分別采用外摻法(TiC/Ti/Si/Al/TiB2粉)和原位法(TiC/Ti/Si/B4C/Al粉)兩種不同方法，結(jié)合熱壓工藝制備Ti3SiC2/TiB2塊體復(fù)合材料的研究。在1400℃的燒結(jié)溫度下成功地制備出TiB2體積分?jǐn)?shù)分別為5％，10％，20％致密塊體Ti3SiC2/Ti

3、B2材料，應(yīng)用X-射線衍射分析和掃描電鏡，分析研究了外摻法(TiC/Ti/Si/Al/TiB2粉)和原位法(TiC/Ti/Si/B4C/Al粉)制備的Ti3SiC2/10vol％TiB2復(fù)合材料從600℃到1400℃范圍內(nèi)整個制備過程的相形成規(guī)律。結(jié)果表明：在外摻法中，試樣只有主晶相為Ti3SiC2與TiB2兩相，衍射圖譜中沒有其他雜質(zhì)相的存在，在900℃以前，主要形成Ti5Si3中間相，在1000℃時，開始有少量的Ti3SiC2生成，

4、在整個過程中，沒有發(fā)現(xiàn)Ti3SiC2與TiB2之間有反應(yīng)發(fā)生，TiB2僅與原始粉體物理混合從而推遲了反應(yīng)的進(jìn)行。在原位法中，當(dāng)TiB2體積含量低于10vol％時，主晶相為Ti3SiC2與TiB2兩相，當(dāng)TiB2體積含量大于10vol％時，有雜質(zhì)相TiC生成；在1000℃以前，反應(yīng)和外摻法中相似，在1100℃時，Ti和B4C開始反應(yīng)生成TiB2相，整個過程中B4C不與其他物質(zhì)反應(yīng)。Ti3SiC2單相材料由層、片狀顆粒組成，板長約為10μm

5、。隨TiB2含量的增加，顆粒不斷的細(xì)化，可以認(rèn)為TiB2晶粒呈等軸狀生長，平均粒徑為5μm，TiB2在基體材料中分布比較均勻。當(dāng)TiB2體積含量高于10vol％時，復(fù)合材料中TiB2少量晶粒開始團(tuán)聚。實驗結(jié)果表明在1300℃至1450℃能生成Ti3SiC2和TiB2兩相的復(fù)合材料。 論文還研究了外摻法熱壓制備不同TiB2體積含量的Ti3SiC2/TiB2復(fù)合材料的物理性能和腐蝕行為。當(dāng)TiB2體積含量為10vol％時，復(fù)合材料的

6、硬度，彎曲強度，斷裂韌性都有顯著的提高。經(jīng)熱處理后，Ti3SiC2/10vol％TiB2復(fù)合材料的彎曲強度由368MPa提高至485MPa，提高幅度達(dá)32％，韌性由4.93MPa·m1/2提高至5.59MPa·m1/2，增幅達(dá)13％，硬度最大為8.2GPa。同時，Ti3SiC2，Ti3SiC2/5vol％TiB2，Ti3SiC2/10vol％TiB2，Ti3SiC2/20vol％TiB2復(fù)合材料在室溫下的電導(dǎo)率分別為3.86×106S·