TiAl-B-,4-C復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、碳化硼陶瓷相對密度小(2.52g/cm3)、硬度高、強度高、耐磨損，Ti-Al有序金屬間化合物性能介于金屬和陶瓷之間的一種新型半陶瓷材料，由于其原子的長程有序排列以及金屬鍵和共價鍵的共存性，在力學性能上填補了陶瓷和金屬之間的材料空白區(qū)域，具有優(yōu)異的抗氧化性、抗硫化腐蝕性和較高的高溫強度，密度較小，比強度較高，作為陶瓷的粘結(jié)相具有更為突出的優(yōu)點。B4C陶瓷基體耐磨、抗腐蝕并具有高的高溫強度，而Ti-Al金屬間化合物通過裂紋橋連作用改善韌性

2、，兩者形成的復合材料即可充分發(fā)揮組分各自的優(yōu)點而具有優(yōu)異的力學性能。 基于以上，本文以B4C陶瓷為基體，用Ti-Al金屬間化合物作為B4C陶瓷的粘結(jié)相，對B4C陶瓷進行強化活化燒結(jié)，通過控制組分和工藝過程，制備成分均勻的Ti-Al/B4C復合材料，并對復合材料制備工藝、力學性能、微觀結(jié)構(gòu)、相組成、增韌機制等進行了評估。 利用機械合金化工藝制備了TiAl、Ti3Al粉體，并通過XRD、TEM等分析方法對機械合金化及低溫退火

3、過程中的組織結(jié)構(gòu)演變、微觀結(jié)構(gòu)予以表征和測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，機械合金化過程是一個反復的變形、冷焊、鐓粗、斷裂過程，Ti-Al混合粉末經(jīng)過強烈的機械球磨，晶體的結(jié)構(gòu)、形貌發(fā)生很大的變化。隨著球磨時間的增加，Ti、Al衍射峰強度逐漸降低，半峰寬逐漸增加，在機械力作用下球磨后的粉末失去了原來的晶型形貌。球磨20小時后的粉體經(jīng)過600℃熱處理后完全轉(zhuǎn)變?yōu)門i-Al和Ti3Al金屬間化合物。 通過對基體B4C和主要增強相Ti-Al系金屬間化合

4、物熱力學計算分析了燒結(jié)的可行性，通過對Ti-Al/B4C復合材料性能及微觀結(jié)構(gòu)的研究確定了復合材料的制備工藝。分別使用不同含量的TiAl和Ti3Al及其雙相組織作為粘結(jié)劑加入到復合材料中，通過燒結(jié)體力學性能的比較，確定最佳用量。結(jié)果表明：Ti-Al系IMC的加入可以對B4C陶瓷起到增韌補強的作用，二者可有機結(jié)合實現(xiàn)兩元互補增韌補強；實驗中制得最佳復合材料成分配比為20wt％Ti3Al+80wt％B4C，在1680℃下燒結(jié)，其彎曲強度為5