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TiB2-TiC复合材料具有低密度、高熔点、高硬度,良好的热稳定性和化学稳定性、良好的耐磨性及导电导热性好等优点,具有广阔的应用前景,将其做成多孔状,用于化工液体、气体过滤和汽车尾气处理,将是理想的过滤体和载体材料。为了进一步提高多孔TiB2-TiC复合材料的强度,本文以Ti、B4C为原料,SiC颗粒(SiCp)和SiC晶须(SiCw)为增强相,利用等离子束加热法、激光加热法、真空反应烧结法制备了多孔TiB2-TiC复合材料。探讨了Ti与B4C的配比、SiCp和SiCw的添加量以及制备工艺方法对多孔TiB2-TiC复合材料的物相、组织结构、孔径分布、孔隙率和抗压强度的影响,分析了SiCp和SiCw的增强机制和Ti与B4C、SiC之间的反应机理。 以 Ti和 B4C为原料,通过等离子束加热法原位合成制备了 TiB2-TiC复合材料。3Ti+B4C体系中,反应产物主要为TiB2和TiC两种物相。随着Ti含量的增加,产物中的TiB2的含量减少,会形成一定量的柱状的TiB和Ti3B4,复合材料的孔隙率逐渐降低,而复合材料的抗压强度逐渐提高,复合材料的晶粒得到明显细化,颗粒分布更加均匀。用于模拟尾气脱硝处理,NO的转化率随着Ti含量的增加明显提高,同时N2的产率和选择性也明显提高。 在上述通过等离子束加热法原位合成制备了TiB2-TiC复合材料基础上,又在Ti粉、B4C粉末原料中引入 SiCw和 SiCp,利用等离子束加热方法,合成了 SiCw/SiCp增强的TiB2-TiC多孔复合陶瓷材料。加入一定量的SiCw/SiCp后,Ti和SiC反应会形成TiSi2和Ti3SiC2相。SiCw/SiCp分解产生的一部分Si原子,会扩散到TiC颗粒内,当Si原子含量达到一定值时,等轴状的 TiC颗粒就会转变成层片状的 TiC或者 Ti3SiC2颗粒。随着SiCw/SiCp的摩尔比由0增加至1.5,多孔复合材料的孔隙率先减小后逐渐增加,复合材料的抗压强度先增加后降低。当添加的SiCw和SiCp的摩尔比分别为0.4和1.0时,复合材料的孔隙率最低,抗压强度最高。加入适量的SiCw/SiCp后,复合材料的孔径明显减小,分布更加均匀,晶粒明显得以细化,通过晶须桥联、颗粒细化和裂纹偏转等机理,提高了多孔复合材料的抗压强度。 以Ti、B4C和SiCw为原料,比较了分别采用等离子束加热法、激光束加热法和真空反应烧结法制备了 TiB2-TiC复合材料的性能。与等离子束加热法合成的复合材料相比,采用激光束加热法制备的复合材料的孔隙率和抗压强度都有所提高,而采用真空反应烧结合成的复合材料的孔隙率和抗压强度都明显高于其他两种方法。由于真空无压反应烧结的温度(1350℃)低于等离子束和激光束加热法的温度,Ti与B4C和SiCw之间的反应速度以及产物晶粒的生长速度缓慢,TiC和TiB2会形成形状不规则的细小颗粒,有利于提高复合材料的强度。同时,因为反应烧结的多孔材料中,原始粉末堆积形成的孔隙以均匀的微米级孔隙得以保持,从而形成均匀细小的多孔结构,有利于提高多孔材料的强度,并且真空无压反应烧结法时长时间的反应扩散,在颗粒之间、颗粒表面形成纳米级颗粒、孔隙和交错生长的晶须,构成多级复合孔,又使孔结构更加复杂,有助于增加多孔材料的孔隙率和比表面积。