碳化硼粉體增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料的制備工藝與性能研究.pdf

1、鐵基復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用背景和應(yīng)用前景。碳化硼陶瓷符合現(xiàn)代材料輕質(zhì)高強(qiáng)的要求，具有良好的耐磨、耐化學(xué)腐蝕性以及優(yōu)異的應(yīng)用潛力。使用碳化硼增強(qiáng)鐵基材料，可以獲得綜合性能優(yōu)異、價(jià)格低廉的復(fù)合材料。
　　本文分別以無壓燒結(jié)工藝和熱壓燒結(jié)工藝成功制備了B4C/Fe復(fù)合材料，探索了不同制備成型工藝下復(fù)合材料材料的組分、結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。借助綜合熱分析儀(DSC-TG)為本實(shí)驗(yàn)制定了制備成型工藝；通過 X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡

2、(SEM)表征了材料的物相、微觀結(jié)構(gòu)；采用高精度固液兩用體密計(jì)、維氏硬度計(jì)、萬能試驗(yàn)機(jī)獲得了復(fù)合材料的致密度和力學(xué)性能；通過激光熱導(dǎo)儀和熱膨脹儀獲得了材料的熱擴(kuò)散系數(shù)和線膨脹系數(shù)。研究結(jié)果表明：
　　(1)采用無壓燒結(jié)制備的B4C/Fe復(fù)合材料：隨著B4C含量的增加，顯氣孔率逐漸降低，當(dāng)燒結(jié)溫度為900℃時(shí)，復(fù)合材料顯氣孔率達(dá)到最小值，為16.45％；而B4C/Fe復(fù)合材料的硬度隨著B4C含量的增加而逐漸升高，當(dāng)B4C含量為10

3、wt%，燒結(jié)溫度為1000℃時(shí)，硬度達(dá)到最大值，為1.09 GPa；B4C/Fe復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度在B4C含量為2 wt%和燒結(jié)溫度為800℃時(shí)取得了最佳值，為172.8 MPa；復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù)隨著B4C含量的上升而下降，當(dāng)B4C含量為2 wt%，燒結(jié)溫度為800℃時(shí)，熱擴(kuò)散達(dá)到最大值，其最大值為11.31 mm2/s。
　　(2)采用熱壓制備的 B4C/Fe復(fù)合材料：隨著燒結(jié)溫度的增加，顯氣孔率逐漸降低，當(dāng)燒結(jié)溫度為110

4、0℃和B4C含量為2wt%時(shí)，復(fù)合材料顯氣孔率達(dá)到最小值，為0.53%；而B4C/Fe復(fù)合材料的硬度隨著B4C含量的增加而逐漸升高，當(dāng)B4C含量為10 wt%，燒結(jié)溫度為1000℃時(shí)，硬度達(dá)到最大值，為5.64 GPa；B4C/Fe復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度在碳化硼含量為2 wt%和燒結(jié)溫度為900℃時(shí)取得了最佳值，為603.4 MPa；復(fù)合材料的熱擴(kuò)散系數(shù)隨著B4C含量的上升而下降，當(dāng)B4C含量為2 wt%，燒結(jié)溫度為800℃時(shí)，復(fù)合材料的熱

5、擴(kuò)散系數(shù)達(dá)到最大值，其最大值為12.38 mm2/s。
　　(3)無壓工藝下制備的復(fù)合材料的顯氣孔率整體較高，未完成致密化過程，其顯氣孔率明顯高于同種燒結(jié)制度下熱壓工藝制備的樣品，且無壓工藝下 B4C的分解程度更高，導(dǎo)致無壓工藝制備的復(fù)合材料的性能整體較差于同種燒結(jié)制度下熱壓工藝下制備的復(fù)合材料。在燒結(jié)溫度為1000℃時(shí)，熱壓工藝制備的碳化硼含量為4 wt%的碳化硼/鐵復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能，其硬度、抗彎強(qiáng)度、顯氣孔率、熱擴(kuò)散