TiC-TiB2复合陶瓷制备及性能研究

TiC-TiB2复合陶瓷因具有高硬度、高断裂韧性及优异的耐磨性,目前已成为工程陶瓷的研究热点。但是TiC-TiB2复合陶瓷的难以制备与难于致密,又使其应用受到极大限制。本文介绍了国内外TiC-TiB2复合陶瓷合成与制备方法、显微组织与力学性能等,特别提到了军械工程学院先进材料研究所采用超重力下燃烧合成技术,制备出大尺寸、高致密性的TiC-TiB2共晶复合陶瓷,从而为以后的更广泛应用提供了支持。     

SiO2对Al2O3/40%ZrO2（4Y）凝固陶瓷结构转化的影响

基于超重力下燃烧合成Al2O3/40%Zr O2(4Y),通过调整Si O2引入量,研究Si O2对材料显微结构与形态演化的影响。XRD、EDS、SEM结果表明:添加Si O2不改变复合陶瓷相组成,陶瓷基体主要由t-Zr O2、α-Al2O3以及少量m-Zr O2等组成,而Si O2则以玻璃相形式存在。当Si O2添加量小于6%时,Al2O3/Zr O2以共生共晶方式生长,形成胞状共晶团组织;当Si O2添加量为12%,Al2O3与Zr O2均独立析出,发育成尺寸粗大的Zr O2粒晶与花瓣晶;当Si O2添加量达18%时,该陶瓷发育为结构不完整的共晶枝晶组织。     

ZrO2(Y2O3)对燃烧合成A12O3/YSZ自生复合陶瓷显微结构与力学性能的影响

在铝热剂中引入不同量ZrO2(3Y)微米粉末,以燃烧合成技术,制备出A12O3/10%、17%、21%、27%、33%ZrO2(3Y)系列成分自生复合陶瓷棒材.XRD分析与SEM观察显示:具有亚共晶成分的陶瓷熔体因以离异共晶方式生长,使得凝固后的陶瓷基体主要由α-A12O3片晶、t-ZrO2枝晶或块晶组成;而随ZrO2(3Y)添加量的增多,陶瓷晶体生长方式又由离异共晶向共生共晶生长发生转化,共晶棒晶体积分数增多,使得A12O3/33%ZrO2(3Y)的陶瓷基体以微米、亚微米t-ZrO2纤维镶嵌其上的A12O3共晶棒晶和少量α-A12O3片晶构成.经力学性能测试,系列陶瓷棒材的硬度与断裂韧度随ZrO2(3Y)添加量增多而逐渐升高,陶瓷棒材硬度最高值达15.7GPa,断裂韧度最高可达10MPa·m1/2.     

Ti合金插层厚度对反应连接TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度复合材料的影响

将Ti合金插层引入(Ti+B_4C)反应原料和Ti合金底板之间,研究Ti合金插层厚度变化对超重力反应连接TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度复合材料界面显微组织与力学性能的影响。热力学计算表明:合成反应的绝热温度远超Ti合金的熔点,可以保证不同厚度的Ti合金插层全部熔化。XRD、FESEM及EDS分析结果表明:在陶瓷和Ti合金底板之间形成梯度界面区,且随着Ti合金插层厚度的增加,梯度界面区的厚度也不断增大。自陶瓷基体至Ti合金底板,TiB_2和TiC_(1-x)的体积分数不断减少,而TiB的体积分数先增加而后减少,最终形成以TiB_2、TiC_(1-x)及TiB陶瓷相尺寸和分布为特征的梯度复合结构。而梯度连接区的硬度分布趋势更加平缓,其剪切强度不断提升。     

TiC-TiB2准共晶复合陶瓷的微观结构与凝固行为

采用超重力下燃烧合成技术,制备出TiC-40%TiB2准共晶复合陶瓷。XRD、SEM与EDS结果表明,复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上的共晶组织构成。超重力下的燃烧化学将获得纯净的Ti-W-Cr-C-B合金液,并随即发生凝固反应。TiC在凝固过程中率先形核,TiB2依附于TiC形核析出,二者以合作方式生长,但是由于TiC较TiB2具有更快的生长速率,从而形成TiC包覆TiB2片晶的准共晶组织。     

氧化物/氧化物共晶复合陶瓷研究进展

介绍了国外定向凝固Al2O3基共晶复合陶瓷,分析了材料制备工艺、共晶显微组织与力学性能之间的关系,并简要分析了该材料的发展趋势。同时,结合超重力下燃烧合成制备大尺寸Al2O3/ZrO2（Y2O3）共晶复合陶瓷研究,系统地介绍了在材料制备、材料成形与缺陷控制方面取得的研究成果,并进而指出该技术发展方向在于开发出三元共晶系材料,实现材料结构纳米化。     

超重力下燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷研究

通过在铝热剂中引入ZrO2与Y2O3混合粉末,引发超重力下燃烧合成,制备出大尺寸、高致密度Al2O3/ZrO2(Y2O3)自生复合陶瓷板材.XRD,SEM与EDS显示,自生复合陶瓷是以亚微米ZrO2四方相纤维成排镶嵌其上、生长方向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2四方相不规则粒晶分布其上的共晶团边界构成,复合陶瓷的强化不仅归因于分布在棒状共晶团Al2O3基体上的残余压应力与小尺寸共晶团边界,更因共晶团Al2O3基体上的残余压应力增韧、共晶团边界上的微裂纹增韧及应力诱发相变增韧引起的高断裂韧性所致.     

超重力下燃烧合成TiC-TiB2细晶复合陶瓷

采用超重力下燃烧合成工艺,以快速凝固方式制备出TiB2系列含量的TiC-TiB2细晶复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,随TiB2含量的增加,TiC-TiB2复合陶瓷基体从TiC微米球晶组织逐渐转化为TiB2小尺寸片晶组织,且对于TiB2含量为50%的TiC-TiB2复合陶瓷,可获得TiB2小尺寸片晶均匀镶嵌于TiC基体上的共晶组织。力学性能测试结果表明,TiB2的摩尔分数为50%的TiC-TiB2复合陶瓷因在凝固过程中发生共晶反应,陶瓷相对密度和硬度均达到最高值(分别为98.6%和18.4GPa),并且因TiB2小尺寸片晶在裂纹扩展时所诱发的裂纹偏转、桥接及片晶拔出增韧机制的协同作用,TiB2的含量为66.7%的TiC-TiB2复合陶瓷具有最高的断裂韧度(13.4MPa·m0.5)。     

超重力下燃烧合成TiC(Ti,W)C1-x基细晶复合陶瓷研究

采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出TiC-(Ti,W)C1-x基细晶复合陶瓷.XRD、FESEM与EDS结果表明,TiC基复合陶瓷基体主要由球状的TiC细晶构成,同时在TiC-(Ti,W)C1-x基体问还分布着少量的TiB2片晶、(Cr,W,Ti)3B2及Al2O5残余夹杂物.由于超重力的引入,促...     

超重力场燃烧合成TiCTiB2凝固陶瓷组织与性能

通过调整反应体系中Ti、 C及B之间的原子摩尔比, 采用超重力下燃烧合成工艺, 制备出TiB₂系列摩尔分数的TiC-TiB₂复合陶瓷。利用场发射扫描电镜(FESEM)观察了复合陶瓷微观组织, 研究了TiB₂成分对复合陶瓷力学性能的影响。结果表明: 随着TiB₂摩尔含量增加, 陶瓷基体逐渐从TiC球晶组织转化为TiB₂片晶组织, 在TiB₂摩尔分数为50%时, 可获得细晶乃至超细晶TiC-TiB₂复合陶瓷, 而且残留于基体上的α-Al₂O₃夹杂量也最低。陶瓷相对密度、 Vickers硬度与弯曲强度均在50%TiB₂(摩尔分数, 下同)时呈现最大值, 而陶瓷断裂韧性则在66.7% TiB₂时出现最高值。陶瓷断裂模式为TiC穿晶断裂与TiB₂沿晶断裂的混合模式, 且随TiB₂摩尔分数增加至66.7%, TiC穿晶断裂倾向显著减弱而TiB₂沿晶断裂倾向明显增强。TiC-TiB₂细晶及超细晶凝固组织的获得使TiC-50%TiB₂复合陶瓷在小尺寸TiB₂片晶诱发的裂纹偏转、 裂纹桥接及片晶拔出增韧机制作用下, 具有最高的弯曲强度及较高的断裂韧性。