自蔓延反應(yīng)合成TiB2-TiC-NiAl多孔材料的研究.pdf

1、TiB2-TiC由于具有高熔點(diǎn)、低密度、良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，作為高溫結(jié)構(gòu)材料具有廣泛的應(yīng)用前景；NiAl金屬間化合物材料具有高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)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(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行了組織和性能的檢測(cè)分析。課題研究了NiAl含量、壓坯壓力和B4C粒度對(duì)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(duì)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(dāng)Ni與Al的原子比為1:1時(shí)，體系的絕熱溫度最高，且生成物為TiB2+TiC時(shí)，體系的吉布斯自由能最負(fù)。隨著NiAl含量的增加，孔徑減小，壁厚增加，孔隙率降低，抗壓強(qiáng)度增加。這是因?yàn)锳l和Ni添加到3Ti+B4C中，反應(yīng)過程中會(huì)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(yīng)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(duì)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(xì)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(yīng)力增大，造成了粉末顆粒的嚴(yán)重變形。隨著壓力的加大，孔隙的大小和數(shù)量同時(shí)下降，抗壓強(qiáng)度升高。一是由于當(dāng)初始?jí)号鲏毫υ龃髸r(shí)，初始粉末壓坯的粉末接觸更加緊密，壓坯的孔隙率低，反應(yīng)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(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行，使反應(yīng)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(dāng)B4C的粒度小于20μm時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物較純凈，為NiAl、TiC和TiB2三種，反應(yīng)能夠按照預(yù)

5、先設(shè)計(jì)的反應(yīng)路徑進(jìn)行。B4C粒度大于20μm時(shí)，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(xì)小，反應(yīng)的反應(yīng)熱越低，從而使反應(yīng)進(jìn)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(qiáng)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(shí)間，使得體系的熱效應(yīng)降低，從而影響了反應(yīng)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