反应烧结TiB2/SiC复合材料组织与性能的研究

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基于反应烧结碳化硅的方法制备反应烧结二硼化钛陶瓷复合材料,具有诸多优点,如烧结温度相对较低、制备工艺简单、净尺寸成型、可工业化生产和成本低等优点,受到广大科研人员的广泛关注。但利用该方法制备的二硼化钛复合材料存在的残余硅,影响其力学性能,限制了其使用范围。为了降低反应烧结二硼化钛陶瓷中的残余硅,提高其力学性能,本文利用凝胶注模、不同碳含量和颗粒级配等方式降低复合材料中的残余硅。通过降低复合材料中的残余硅,提高力学性能。论文研究了反应烧结复合材料中的残余硅、显微组织和力学性能之间的关系,研究结果对于提高复合材料的力学性能和扩大其使用范围具有重要的理论指导和实用价值。论文取得的主要结果如下:(1)当分散剂和固化剂均为1wt.%、乙二醇的用量(相对于树脂和糠醇)为75wt.%时,可制备出固含量达43.5wt.%、且适合于凝胶注模的浆料;在反应渗Si过程中,坯体中的碳与熔融渗Si反应形成了颗粒状的SiC,围绕在TiB2颗粒的周围形成具有强结合力和致密结构的复合材料。复合材料由TiB2、SiC和Si三相组成,其中残留硅含量较高;凝胶注模二硼化钛复合材料的抗弯强度、断裂韧性,维氏硬度分别为161 MPa、3.6 Pa·m1/2 和 13 GPa。(2)碳含量的增加可使复合材料中的残余硅明显降低,并使材料的综合力学性能大幅提高;当碳含量为30wt.%时,复合材料的综合力学性能最佳,其抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别达到了 353 MPa、5.4 Pa·m1/2和31 GPa。(3)采用颗粒级配时,可使复合材料中残余硅的量进一步降低,当粗颗粒与细颗粒的质量比为8:2、碳含量为25%时,复合材料的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别可达 379MPa、5.9 Pa·m1/2 和28 GPa。
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