二硼化钛(TiB2)是B和Ti的最稳定化合物,是一种具有优良物理化学性能的工程陶瓷材料,具有高熔点、高硬度、高模量、低比重和耐腐蚀等优点。与电解铝用传统碳素阴极材料相比,TiB2对金属铝液具有良好的润湿性,导电性好,且不与铝液发生化学反应。二硼化钛的这些特性使其作为理想的电解铝工业新型惰性可润湿性阴极材料而得到了广泛的研究。由于纯TiB2阴极材料烧结制备困难,且脆性较大,因此目前的研究重点主要集中于TiB2/C复合阴极材料。本文采用TiB2和石墨与炭黑两种碳源为原料,通过热压烧结制备TiB2/C复合阴极材料,并加入一定量短切碳纤维来实现材料的增韧补强。在保证材料对铝液完全润湿的前提下,重点研究了原料配比、碳纤维含量、热压烧结工艺参数对于材料显微结构、致密度、力学和电学性能的影响,研究材料结构与性能之间的关系。首先研究了短切碳纤维的表面除胶预处理工艺,分别采用真空热处理、浓硝酸氧化和丙酮清洗三种方法来对纤维表面胶层进行处理。发现丙酮清洗法可有效除去碳纤维表面胶层,且不会对碳纤维造成破坏。以TiB2、石墨与炭黑为原料,采用热压烧结分别制备了TiB2/C复合材料。研究发现：炭黑粒径较小、颗粒均匀,塑性流动能力较强,TiB2/炭黑材料的致密度高；但是TiB2晶粒容易被炭黑颗粒各自隔离,无法形成连接网络,导致材料力学电学性能很差。TiB2/石墨材料的综合性能较好,但是片状石墨在热压烧结过程中的塑性流动能力较差,其含量过高会导致材料致密度降低、导电性能和力学性能的下降。在此基础上,系统研究了TiB2含量、热压烧结温度和烧结时间对TiB2/石墨材料结构性能的影响。研究表明：随着TiB2含量的增加,TiB2晶粒之间逐渐相互结合形成连接网络,TiB2/石墨材料的致密度、导电性能和力学性能均上升；随着热压烧结温度的升高,TiB2晶粒之间的结合更加充分和紧密,材料的性能进一步提高;而随着烧结时间的延长,TiB2晶粒出现异常长大的现象,TiB2/石墨材料的综合性能呈现出先提高后下降的变化趋势。当TiB2含量为85wt%,石墨含量为15wt%,热压烧结温度为1950℃,烧结时间为1h,压力30MPa时,TiB2/石墨复合材料的综合性能最好为：抗弯强度为210.74MPa,断裂韧性为3.573MPa·m1/2,电阻率为30.02μΩ·cm,致密度为97.14%,维氏硬度为6.49GPa。在优化后的样品中掺加短切碳纤维来实现对TiB2/石墨材料的增韧补强作用。研究发现：随着纤维含量的增加,材料的弯曲强度下降,而断裂韧性先增后减。当碳纤维含量为3wt%时,材料的断裂韧性最高为4.61MPa·m1/2,相比不掺加纤维的样品提高了30%左右,而弯曲强度略微下降为197.02MPa。当碳纤维含量超过3wt%后,由于碳纤维之间相互堆积架接,孔隙增多,材料各项性能急剧下降。短切碳纤维对于TiB2/石墨材料的增韧机制主要有裂纹偏转、界面解离、纤维断裂和拔出等几种,通过这些能量耗散途径,使材料在破坏前大量吸收消耗外界的断裂功,提高材料韧性。