原位合成(TiC+TiB)/Ti基复合材料热力学及组织性能研究

来源 :江苏科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:liuhuayu0472
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本论文采用纯钛粉末、B4C粉末为原料,通过高能球磨工艺和真空热压烧结工艺分别在1200℃、1300℃、1400℃的烧结温度制备不同增强相含量的(TiB+TiC)/Ti复合材料,复合材料中增强体(TiC+TiB)体积含量分别为5vol.%,10vol.%和15vol.%。从热力学的角度研究原位反应的可行性,系统研究了烧结温度和增强相体积分数对(TiC+TiB)/Ti复合材料组织和性能的影响规律,研究了烧结温度和增强相含量对复合材料组织和性能的影响规律。对Ti-B4C体系内涉及到的化学反应进行热力学计算表明,在1155K1800K区间内,Ti-B4C体系中反应3Ti+B4C=TiC+2TiB2及反应5Ti+B4C=TiC+4TiB 1155K1800K内的反应都是放热反应,其中5Ti+B4C=TiC+4TiB的吉布斯自由能以及生成焓更低,表明该温度范围内生成TiB的反应更优先。在1155K1800K区间内,当反应物中有Ti过剩时,TiB2是不能稳定存在的,过量的钛粉会通过反应Ti+TiB2=2TiB使TiB2转变成TiB。因此在1155K1800K内利用Ti-B4C体系反应制备(TiC+TiB)增强原位自生钛基复合材料是完全可行的。对原材料混分工艺的探索性研究得出最佳的球磨工艺参数为:球料比5:1,转速300rpm,时间12h,加入控制剂为酒精6ml。热压烧结工艺的研究结果表明,复合材料组成一定时烧结温度的升高有利于物相之间的扩散混合,使复合材料的致密度也有所提高。相同烧结温度下,随着增强相含量的增加复合材料致密度呈下降的趋势。复合材料中原位自生TiB与TiC可显著提高复合材料的硬度,1400℃烧结成型的复合材料随增强相体积分数的增加,其硬度值分别达到HRC30.37、39.46、44.82。热压烧结复合材料的压缩强度有明显提高。1400℃烧结时随增强相含量的增加其压缩屈服强度分别为775MPa、870MPa、820MPa,压缩率分别为10.3%、7.6%、8.2%;增强相体积分数为10%时随烧结温度的提高复合材料的压缩屈服强度分别达到800MPa、830MPa、870MPa,而压缩率则分别为10%、8.6%、7.6%。
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