TiC-Al2O3復(fù)相陶瓷增強(qiáng)Fe基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、本試驗(yàn)通過熱爆炸合成反應(yīng)(TE)和準(zhǔn)熱等靜壓(PHIP)結(jié)合即TE/PHIP同步法,在高真空條件下,以Ti-TiO2-Al-C-Fe體系為原料,燃燒合成TiC-Al2O3復(fù)相顆粒增強(qiáng)Fe基復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn),影響復(fù)合材料組織和性能的主要因素有預(yù)制樣密度、熱壓燒結(jié)壓力和反應(yīng)放熱值的大小等。增加預(yù)制樣的密度和熱壓燒結(jié)壓力以及減小合成反應(yīng)放熱值有利于提高復(fù)合材料的綜合性能。
　　對此體系進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算分析表明,此體系吉布斯自由能小于零,

2、反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行;合成反應(yīng)能放出大量的熱,反應(yīng)劇烈。模擬合成反應(yīng)產(chǎn)物與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比,表明通過模擬合成反應(yīng)結(jié)果對預(yù)測實(shí)驗(yàn)生成物能起到有效的指導(dǎo)作用。
　　采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)分析手段,較系統(tǒng)地研究了復(fù)合材料的物相、微觀結(jié)構(gòu)及成分組成。結(jié)果表明:反應(yīng)產(chǎn)物主要組成為TiC、Al2O3和Fe,伴隨有少量的FexC和TiOx復(fù)雜化合物;TiC形狀呈細(xì)小顆粒狀,與Fe結(jié)合較好;Al2O3以大塊顆粒存在

3、,局部異常長大;Fe作為粘結(jié)相分布于合成的TiC顆粒之間以及合成材料的空隙中,Fe對TiC的結(jié)合性能較Al2O3要好。原位合成的硬質(zhì)增強(qiáng)顆粒減小了傳統(tǒng)工藝的界面污染等問題。
　　復(fù)合材料顯微組織中的主要缺陷是空隙和微裂紋?？障兜闹饕獊碓词穷A(yù)制樣自身空隙、合成反應(yīng)原料在反應(yīng)過程中釋放的氣體、雜質(zhì)及低熔點(diǎn)物質(zhì)揮發(fā)后的殘留空隙;通過提高預(yù)制樣密度和增加合成反應(yīng)過程中的熱壓壓力可以有效減少復(fù)合材料的孔隙率。隨Fe含量的增加,復(fù)合材料呈現(xiàn)韌

4、性特征,孔隙率也逐漸減小。采用阿基米德排水法測量孔隙率和密度,表明閉孔是空隙的主要存在形式?？障洞笮『头植贾饕绊懺嚇拥哪p性能和硬度。
　　通過對試樣的磨損性能試驗(yàn)表明,磨損率隨著Fe含量的增大呈現(xiàn)先減小而后增加的規(guī)律。試樣在細(xì)磨料時(shí)的磨損量小于粗磨料時(shí)的磨損量。硬質(zhì)相的脫落是低Fe含量復(fù)合材料磨損的主要形式。
　　基于目前的研究成果,提出本體系復(fù)合材料優(yōu)化途徑:(1)增加預(yù)制樣密度;(2)提高熱壓壓力;(3)減小體系反應(yīng)