SPS燒結(jié)Ti（C，N）基金屬陶瓷的組織結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、放電等離子燒結(jié)（Spark Plasma Sintering，簡稱SPS），是近幾年在材料領(lǐng)域興起的一種新技術(shù)。SPS 燒結(jié)時通過綜合控制直流脈沖通電初期的電火花放電造成的局部高溫場、放電沖擊壓力、表面凈化作用、焦耳加熱以及電場擴散等效果，達到快速燒結(jié)的目的。 本文采用X 射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線能譜（EDS）等實驗手段系統(tǒng)地研究了用放電等離子燒結(jié)法制備Ti(C,N)基金屬陶瓷的成分、制

2、備工藝、組織結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。 本文首先簡要介紹了Ti(C,N)基金屬陶瓷制備技術(shù)的發(fā)展概況，然后綜述了SPS燒結(jié)技術(shù)在陶瓷材料制備中的應(yīng)用，總結(jié)了SPS 燒結(jié)機制，以及SPS 燒結(jié)時的溫度場、脈沖電磁場作用機理的研究進展。在此基礎(chǔ)上指出了本文的研究目的和意義。 對Ti(C,N)基金屬陶瓷SPS 燒結(jié)過程中的相變和組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律進行了研究。 實驗發(fā)現(xiàn)，在1200℃以上，金屬陶瓷內(nèi)部基本只存在硬質(zhì)相和粘結(jié)相兩

3、種相，Rim相的厚度非常小。隨著燒結(jié)溫度的增加，至1350℃時，TiC 點陣常數(shù)不斷增大。1400℃燒結(jié)時，TiC 相點陣常數(shù)急劇降低。Ni 相點陣常數(shù)隨燒結(jié)溫度的升高而增加。在脈沖磁場的作用下，磁性Ni 原子在脈沖磁場的作用下有向燒結(jié)體外部流動的趨勢，造成金屬陶瓷Ni 相含量的降低。 研究了SPS 燒結(jié)Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織的形成及特點，并與真空燒結(jié)進行對比，發(fā)現(xiàn)SPS 燒結(jié)時抑制晶粒長大的作用十分明顯，液相燒結(jié)階段

4、的溶解－析出機制與真空類似。對Ti(C,N)基金屬陶瓷的SPS 燒結(jié)工藝進行了系統(tǒng)的研究，得到了其優(yōu)化的燒結(jié)工藝。 研究了晶粒長大抑制劑VC 對Ti(C,N)基金屬陶瓷組織和性能的影響，在沒有加入晶粒長大抑制劑時，硬質(zhì)相顆粒發(fā)生較大的團聚現(xiàn)象，金屬陶瓷顯微組織分布很不均勻。加入0.6wt％VC 后，除少數(shù)大顆粒硬質(zhì)相外，大部分硬質(zhì)相的晶粒尺寸約為0.05～0.3 m μ，金屬陶瓷的顯微組織分布均勻，金屬陶瓷有較高的性能。

5、 研究了納米粉的加入量對金屬陶瓷組織和性能的影響。實驗結(jié)果表明：與加入20wt％和60wt％納米粉相比，加入100％納米粉后，金屬陶瓷的抗彎強度最高，與真空燒結(jié)相比，SPS 燒結(jié)時因為燒結(jié)時間短，晶粒長大得到抑制。 最后探討了SPS 燒結(jié)納米級Ti(C,N)基金屬陶瓷相界面的特點。實驗表明：SPS燒結(jié)Ti(C,N)基金屬陶瓷中，Rim 相由一些晶粒尺寸小于20nm 的亞晶粒組成，這些細小的晶粒對改善Rim 相的塑性有較好的作用。