Ni的添加对TiB2-CU基复合材料微观组织的影响

利用燃烧合成工艺原位合成了TiB2-Cu基复合材料，为了改善TiB2陶瓷和Cu基体的润湿性，将金属Ni作为合金化元素加入到TiB2-Cu复合材料。通过XRD，SEM，EPMA和TEM等检测手段对金属Ni的添加对TiB2-Cu基复合材料微观组织的影响进行了研究。结果表明，含Ni复合材料的金属粘结相的面间距比不含Ni时Cu的面间距均有不同程度的减小；Ni加入后，TiB2-Cu-Ni复合材料的组织较TiB2-Cu复合材料更加致密，但陶瓷颗粒尺寸却大于TiB2-Cu复合材料的颗粒尺寸；Ni的加入降低了复合材料的导热率和冷却速度，使得部分TiB2陶瓷颗粒有足够的时间长成棒状，同时造成TiB2陶瓷颗粒间形成更多的烧结颈；Ni的加入也改善了陶瓷与金属粘结相之间的润湿性，使陶瓷相与金属粘结相的界面结合牢固，看不到TiB2-Cu复合材料中界面脱开的现象。金属Ni的添加有利于改善TiB2-Cu基复合材料的微观组织，进而利于复合材料的致密化。     

TiB2-Cu基复合材料的燃烧合成研究

通过燃烧合成工艺制备了TiB2-40%Cu(质量分数）基复合材料，对复合材料的反应热力学、相组成以及微观组织进行了研究。热力学计算结果表明TiB是最稳定的相，中间相Ti-Cu化合物最终转变为TiB2相；XRD结果显示复合材料的相组成为TiB2相和Cu相，没有生成其他中间相；微观组织观察表明，合成产物组织致密，增强体TiB2陶瓷颗粒尺寸细小，形貌主要呈近等轴状和块状，Cu作为金属粘结剂将TiB2陶瓷颗粒相互连接在一起，Cu的存在促进了燃烧合成过程中材料的致密化行为。Cu的加入使TiB2-Cu基复合材料的致密度、弯曲强度和断裂韧性较TiB2纯陶瓷均有大幅度提高，材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制。     

TiB2基复合材料的制备及其研究近况

TiB2因其优良的综合机械性能而备受关注.但是由于难以获得致密的TiB2,使其难以被广泛应用.加入金属基、陶瓷基材料是增强TiB2材料的有效方法.本文从材料制备方面简述了TiB2基复合材料的研究进展.     

原位合成TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷的微观组织与性能研究

利用热压烧结方法原位合成了TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射分析仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料物相组成和微观结构进行表征。研究了热压条件下烧结温度对材料物相组成、结构及力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1700-1950℃范围内,随着温度的升高,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性都有显著改善。烧结温度为1900℃可得到完全致密的原位合成TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷,材料的晶粒发育比较完善,条状TiB2和块状TiC0.8晶粒清晰可见。复合材料的维氏硬度、断裂韧性和弯曲强度分别达到23.6 GPa,(7.0±1.0)MPa.m1/2和470.9 MPa。当温度达到1950℃时,由于增强相TiB2晶粒长大,材料的强度降低。TiB2、TiC0.8与SiC颗粒协同,通过裂纹偏转、晶粒拔出、晶粒细化等机制对复合材料起到颗粒增强增韧的作用。     

激光原位合成钛基复合材料初步试验

利用激光原位合成工艺制备了TiC TiB增强的钛基复合材料,初步研究了原位合成反应的热力学以及激光原位合成钛基复合材料的工艺、组织及性能.结果表明:钛与B4C反应释放出大量热,反应能自发维持;存在两种不同形状的增强体,即短纤维状TiB和等轴、近似等轴状TiC粒子;该钛基复合材料局部显微硬度达到500HV.     

原位TiB2颗粒增强铝基复合材料形核机制及转变动力学

阐述了原位合成制备TiB2颗粒增强铝基复合材料自生相的形核机制以及转变动力学，从热力学和动力学的一般角度来分析TiB2的形成机制，依据扩散原理讨论TiB2转变动力学，反应润湿及反应活化能。     

TiB2基复合材料的研究进展

TiB2具有良好的物理化学性能,应用前景广阔,但是陶瓷材料所固有的脆性和很高的烧结温度限制了TiB2材料的广泛使用.为了制得有实用价值的材料,对TiB2陶瓷复合材料、TiB2金属陶瓷进行了大量研究,并研制出了多种先进制备技术.综合评述了近年来国内外对TiB2陶瓷复合材料、TiB2金属陶瓷的研究进展,并简述了制备二硼化钛复合材料的先进制备技术.最后,讨论了TiB2基复合材料今后的研究方向.     

原位TiB/Ti复合材料的熔铸制备及其显微组织

结合Ti-B-Al体系的热力学及Ti-B相图,提出了可制备薄壁、复杂形状原位自生钛基复合材料构件的SMIF工艺.采用XRD、SEM和TEM等手段研究用该工艺制备的复合材料的相组成和显微组织.结果表明,钛基复合材料中生成了TiB增强相,且在基体中分布均匀,呈短纤维状;并且Al的加入使得TiB相具有较高的长径比,最高可达110.TiB增强相/基体界面清洁、无污染.受熔模精铸陶瓷型壳的激冷作用,钛基复合材料铸锭表层中TiB相垂直于铸锭的表面分布.与基体合金相比较,钛基复合材料的力学性能有了很大程度的提高.     

石墨添加对原位合成钛基复合材料高温力学性能的影响

利用钛与碳化硼及石墨之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔铸工艺原位合成制备了不同摩尔比值TiB和TiC增强的钛基复合材料。测定了原位合成钛基复合材料的高温力学性能。结果表明:由于增强体的原位合成,复合材料的高温拉伸性能与基体合金比较有了明显的提高。高温拉伸断裂与温度有关,温度较低时,增强体断裂是材料失效的主要原因;而随着温度的提高,增强体与基体合金界面脱粘成为材料失效的主要原因。高温拉伸时裂纹容易在短纤维状增强体TiB的端面处形核与长大从而使增强体与基体合金脱粘导致材料失效,因此加入石墨形成更多的TiC粒子有利于提高复合材料的高温力学性能。     

喷射沉积法制备TiB2/Al2O3陶瓷颗粒增强铝基复合材料

陶瓷颗粒增强铝基复合材料是一种比较重要的复合材料,采用喷射沉积法,并对快速凝固后的样品施加相应的热压处理工艺,制得了铝基TiB2/Al2O3陶瓷颗粒增强复合材料.对用原料质量配比为Al:85.5%,TiO2:9.5%,B2O3:4.99%制得的复合材料进行了XRD、ESEM、TEM分析,发现反应中除了生成TiB2、Al2 O3相外,还生成了Al3Ti新相.并对用5种不同成分制备的复合材料进行了抗拉强度测试和比较,同时测试了材料的布氏显微硬度(HB),其中对反应生成的增强相含量最低(V%=10.8%)和含量最高(V%=31.0%)的复合材料进行了分析和比较.     

TiB2-TiC复相陶瓷的结构与性能研究

TiB₂-TiC复合粉制备的TiB₂-TiC复相陶瓷的相对密度达99.8%,硬度为 93.2HRA,断裂韧性为5.53MPa·m1/2。显微结构研究表明:TiB₂-TiC烧结体体内的位错和残余气孔影响材料性能。复合粉烧结体晶粒尺寸细小,大小分布均匀,晶粒之间界面干净,无杂质沉积,烧结体中TiB₂和TiC两相界面接合处元素B,C,Ti的含量存在梯度变化,都有利于烧结体性能提高。TiB₂晶粒生长存在取向性。     

原位合成TiC和TiB增强钛基复合材料

分析了增强体ＴｉＣ和ＴｉＢ在钛中的原位生成机理,利用普通的熔铸设备,原位合成制备了ＴｉＣ和ＴｉＢ颗粒增强的钛基复合材料,ＳＥＭ和Ｘ射线衍射的研究结果表明,ＴｉＣ和ＴｉＢ以不同形状在钛基体中生长,较为细小,且分布均匀,钛基复合材料的室温和高温性能了较大的提高。     

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。     

激光熔化沉积(TiB+TiC)/TA15原位钛基复合材料的显微组织与力学性能

利用激光熔化沉积工艺制备了TiB+TiC增强相体积分数分别为9%、11%、22%及57%的4种(TiB+TiC)/TA15原位钛基复合材料。随增强相含量提高,TiB形态由片层状向棱柱状转化,TiC形态由不规则颗粒状向枝晶状转化,钛基复合材料硬度及弹性模量均显著提高而塑性明显下降。增强相体积分数约为9%的复合材料表现出较好的综合力学性能,增强相体积分数大于11%后复合材料的抗拉强度急剧降低。与激光熔化沉积态TA15钛合金相比,TiB+TiC增强相体积分数约为9%的复合材料抗拉强度（1040 MPa）及屈服强度（935 MPa）均提高约12%。      

原位自生(TiB+TiC)/Ti-1100复合材料的高温力学性能及强化机制

利用常规钛合金的真空自耗熔炼以及热加工技术,制备了原位自生(TiB+TiC)/Ti-1100复合材料。对该复合材料的微观结构进行研究,并分别在高温环境下测试了基体合金以及复合材料的高温拉伸性能,最后对其强化机制进行研究。结果表明:钛基复合材料的屈服强度可以用数学模型来计算。增强体的加入使复合材料的高温力学性能明显优于基体合金,且其高温强度的提高主要受益于碳的固溶强化、TiB纤维的传递载荷、TiC颗粒的强化位错等因素的贡献。     

铸态(TiB+TiC)/Ti复合材料组织和性能的研究

利用钛与碳化硼及石墨之间的自蔓燃高温合成反应,经非自耗电弧熔炼工艺制备了TiB晶须和TiC粒子混杂增强的钛基复合材料。借助扫描电镜和透射电镜观察了复合材料的微观结构,结果表明:原位合成增强体均匀地分布在基体合金中,TiB增强体以晶须状生长,而TiC增强体以树枝状、等轴状生长。原位合成增强体与基体合金的界面非常干净,不存在界面反应产物,但TiC粒子周围的基体合金中存在高密度的位错。原位合成增强体的加入提高了复合材料的力学性能,合金化元素铝的加入不仅固溶强化了钛基体合金,同时使增强体长得更为细小,也有利于改善复合材料的性能。      

Effect of boron carbide particle size and volume fraction of TiB–TiC reinforcement on steady state creep behaviour of PM processed titanium matrix composites

Abstract

TiB–TiC reinforced titanium matrix composites (TMCs) were synthesised through pressureless sintering of titanium and boron carbide (B₄C) powder compacts. Effect of boron carbide (B₄C) particle size and volume fraction of TiB–TiC reinforcement on steady state compression creep behaviour of composites was investigated in the temperature range of 773–873 K. The creep rates of composites are found to be about two orders of magnitude lower than those of unreinforced titanium. The creep rates further lowered with decrease in size of B₄C particles (from 16 to 3 μm) used in preparation of composites as well as with increase in volume fraction of the TiB–TiC reinforcement from 10 to 30 vol.%. By using the concept of effective stress as well as incorporation of load transfer and substructural strengthening effect produced by the reinforcement into analysis, the entire creep data of Ti and the composites can be made to merge on to a single line within a scatter band of factor of 2–3 and can be represented by a unified power-law equation.     

激光熔覆沉积钛基复合材料的组织及性能

通过在激光熔覆沉积过程中向熔池内送入一定比例纯Ti粉和B4C颗粒，直接制备出钛基复合材料，分析了所制备材料的微观组织、相组成及性能。结果表明，在激光熔覆沉积过程中，Ti粉和B4C颗粒发生原位反应，生成与基体界面结合良好的TiC和TiB增强相，TiC为短棒状或颗粒状，TiB为短纤维状，复合材料中同时有大量未完全反应的B4C颗粒存在，所制备钛基复合材料的抗拉强度、硬度较激光熔覆沉积的纯钛有较大幅度的提高。     

Self-propagating High-temperature Synthesis, Microstructureand Mechanical Properties of TiC-TiB2-Cu Composites

TiC-TiB2-Cu composites were produced by self-propagating high-temperature synthesis combined with pseudo hot isostatic pressing using Ti, B4C and Cu powders. The microstructure and mechanical properties of the composites were investigated. The X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM） results showed that the final products were only TiC, TiB2 and Cu phases. The clubbed TiB2 grains and spheroidal or irregular TiC grains were found in the microstructure of synthesized products. The reaction temperature and grain size of TiB2 and TiC particles decreased with increasing Cu content. The introduction of Cu into the composites resulted in a drastic increase in the relative density and flexual strength, and the maximum values were obtained with the addition of 20 wt pct, while the fracture toughness was the best when Cu content was 40 wt pct.