高強韌性Ti(C,N)基金屬陶瓷制備技術的研究.pdf

1、本文采用真空燒結(jié)法制備了Ti(C,N)基金屬陶瓷,系統(tǒng)地研究了Ti(C,N)基金屬陶瓷的成分、燒結(jié)工藝、組織結(jié)構(gòu)和力學性能等之間的關系。
　　 本文首先綜述了Ti(C,N)基金屬陶瓷的發(fā)展概況和研究進展,總結(jié)了Ti(C,N)基金屬陶瓷的制備技術、成分及添加劑對Ti(C,N)基金屬陶瓷組織和性能的影響;概述了SiC晶須和CNT增韌技術的研究進展和發(fā)展趨勢,并在此基礎上提出了本文的目的和意義。
　　 首先研究了保溫時間對Ni

2、和Ni-Co兩種粘結(jié)相體系的Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學性能的影響。結(jié)果表明:在不同保溫時間下,溶解析出程度不同,從而影響環(huán)形相的結(jié)構(gòu)和厚度,進而影響金屬陶瓷的力學性能。對于上述兩種成分體系,當燒結(jié)溫度分別為1450℃和1410℃時,保溫時間為60min,金屬陶瓷的顯微組織和力學性能較佳。
　　 研究了不同Ni含量及Co/(Ni+Co)比例對Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學性能的影響。實驗結(jié)果表明:隨著Ni含量的

3、降低,硬質(zhì)相顆粒變得粗大,抗彎強度和斷裂韌性逐漸降低,而硬度逐漸增大。采用Co部分替代Ni時,由于固相燒結(jié)階段TiC在Co中的溶解度比在Ni中高,使硬質(zhì)相顆粒細化。隨著Co/(Ni+Co)比例的提高,環(huán)形相體積分數(shù)增加,但是粘結(jié)相對硬質(zhì)相的潤濕性下降,導致硬質(zhì)顆粒團聚現(xiàn)象嚴重。當Co/(Ni+Co)比為0.2時,材料的抗彎強度較高,斷裂韌性相對于僅含Ni的金屬陶瓷略有下降。
　　 研究了不同晶粒長大抑制劑Cr3C2、TaC和Nb

4、C對Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學性能的影響。晶粒抑制劑的加入,使粘結(jié)相中固溶的合金元素含量增加,環(huán)形相厚度變薄。當Cr3C2、TaC、NbC添加量分別為0.6 wt％、5wt％、3wt％時,晶粒長大抑制效果最佳,且環(huán)形相仍然保持完整。隨著晶粒抑制劑添加量的繼續(xù)增加,粘結(jié)相對硬質(zhì)相顆粒的潤濕性下降明顯,導致材料的抗彎強度降低。
　　 研究了不同SiC晶須和碳納米管(CNT)添加量對Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學性

5、能的影響。結(jié)果表明:SiC晶須添加量為1.0wt％時,可使晶粒細化,顯著提高金屬陶瓷的強韌性,強度和斷裂韌性達到最大值分別為2279MPa、17.7MPa·m1/2,比金屬陶瓷基體分別提高了24％、29％;SiC晶須增韌金屬陶瓷的機理主要是裂紋偏轉(zhuǎn)、晶須的拔出及晶須的橋聯(lián)增韌。隨著CNT添加量的增加,粘結(jié)相中固溶的W、Mo、Ti元素含量降低,粘結(jié)相的韌性增加。當CNT添加量為0.5wt％時,可獲得最佳的強韌性；CNT對金屬陶瓷的增韌主要