分步球磨碳热法制备Ti(C,N)复合粉末工艺

以钛铁矿为原料,采用分步球磨后碳热还原法,进行Ti(C,N)复合粉末的制备,并对Ti(C,N)复合粉末的粒径、形貌、物相组成和烧结性能进行测试与分析。结果表明:Ti(C,N)复合粉末粒径为2~5μm,呈正态分布,由Ti(C,N)和α-Fe组成。试验制备Ti(C,N)复合粉末烧结体的抗弯强度达到商业Ti(C,N)粉末烧结体的98%、断裂韧性达到商业Ti(C,N)粉末烧结体的110%。     

模具用Ti(C,N)/Al2O3陶瓷材料的微观结构与力学性能

新型模具材料的开发是当前模具研究领域的重要内容之一.采用热压工艺制备了一种模具用Ti(C,N)/Al2O3复相陶瓷材料,并研究了该材料的制备工艺、微观结构和力学性能.研究表明以稀土氧化物为添加剂,Ti(C,N)/Al2O3陶瓷材料具有良好的微观结构和力学性能.抗弯强度、断裂韧度和硬度分别达到980 Mpa、6.0 Mpa·m1/2和19.2 Gpa,分别比纯Al2O3陶瓷材料提高96%、57%和5%.材料的增韧机理主要是裂纹桥联、裂纹偏转、裂纹分支以及部分纳米Ti(C,N)晶粒的晶内断裂机制.     

Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷组织的研究

采用粉末冶金工艺制备不同WC含量的Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷组织、断口形貌和裂纹扩展路径。结果表明:Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷除了有黑芯-灰壳组织,还有白芯-灰壳组织。随着WC含量的增加,晶粒有细化趋势,但当WC含量达到20%(质量分数)时,晶粒有所长大。材料断裂模式主要是沿晶断裂和穿晶断裂;在裂纹扩展过程中,产生裂纹桥接、裂纹偏转和微裂纹。     

Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度的Weibull分析

作为金属切削工具材料,Ti(C,N)基金属陶瓷强韧性的可靠性是制约其推广应用的主要因素。由于Ti(C,N)基金属陶瓷比WC基硬质合金脆性更大,其强韧性对内外缺陷更敏感,抗弯强度分散性更大,使用时,极易出现突然断裂,失效可预测性低。本文采用Weibull统计强度理论以及双样本t检验的方法对工业化批量生产的Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度(TRS)的可靠性及其主要影响因素进行分析。结果显示,物料批次、烧结炉次(烧结气氛)对抗弯强度的分散性有显著影响。同物料批次、同炉次烧结的Ti(C,N)基金属陶瓷样本的抗弯强度具有较大的Weibull模数,最高可达m=41.64,而多物料批次、多炉次烧结样本的抗弯强度的分散性较大,Weibull模数约为10~15,特征强度约为(2350±150)MPa。抗弯强度的Weibull分布还受到样品尺寸的影响,小尺寸样品的特征强度更大,但Weibull模数更小。     

SiC和Ti(C,N)颗粒弥散陶瓷材料的力学性能与微观结构

采用热压工艺制得SiC和Ti(C,N)双相弥散Al2O3基陶瓷复合材料，该材料具有较高的抗弯强度、断裂韧度和硬度。研究表明：只有在合适的热压工艺和组分条件下才能获得良好的微观结构与力学性能。该陶瓷复合材料的增韧机制主要是裂纹桥联、裂统偏转和颗粒拔出。此外，大量孪晶和位错的存在在对材料的增韧补强也有所贡献。     

Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程晶粒生长动力学研究

运用真空烧结法分别在不同的加热温度、不同的保温时间条件下制得Ti(C,N)基金属陶瓷烧结样品。采用金相定量法分析烧结体的晶粒尺寸;联合Sellars模型和Anelli模型构建了Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程晶粒生长动力学模型,通过对实验数据进行非线性回归确定了晶粒生长动力学方程。结果表明:当温度小于1 300℃时,随着保温时间的延长,Ti(C,N)基金属陶瓷的晶粒平均尺寸也逐渐增大,但长大速率较缓慢;当温度大于1 300℃时,随着保温时间的延长,Ti(C,N)基金属陶瓷的晶粒长大速率先是快速增加,达到最大值后逐渐减小。Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程晶粒生长的表观激活能Q=493.67kJ/mol,动力学方程d2.82=d2.820+2.75×1023t1.373exp[-493 670/(RT)]。     

Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程的显微组织演化

在不同加热温度和不同升温速率条件下进行真空烧结,制备了Ti(C,N)-Co-Mo-WC金属陶瓷试样。测量了烧结前后试样的尺寸以计算收缩率,并采用扫描电镜观察试样的显微组织,利用阿基米德法测定试样的密度。研究了Ti(C,N)基金属陶瓷在烧结过程中的显微组织演化规律。结果表明,当烧结温度从1 000℃升至1 200℃时,压坯在烧结过程中先膨胀后收缩,且当温度达到1 300℃时压坯急剧收缩;1 000~1 300℃固相烧结阶段主要发生扩散及固溶反应,形成富W、Mo的(Ti,W,Mo)(C,N)内环相;1 300~1 500℃液相烧结阶段则是促进金属陶瓷的快速致密化,并形成富Ti的(Mo,W,Ti)(C,N)外环相。     

成型压力对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织结构和力学性能的影响

以Ti(C,N)为基体硬质相,Ni和Co为金属黏结相,WC、Mo₂C和TaC为第二相碳化物,借助真空热压烧结技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,探究了成型压力对金属陶瓷物相组成、微观形貌和成分、相对致密度、显微硬度、断裂韧性和抗弯强度的影响.研究结果表明：成型压力并未改变金属陶瓷的物相组成,所有试样均展现出典型的芯-环结构;无压成型烧结制备出的金属陶瓷不仅具有典型的黑芯-灰白双环结构,还呈现另一种白芯灰环结构.同时,金属陶瓷的晶粒度得到了细化.力学性能测试结果表明：成型压力达到8 MPa,金属陶瓷的相对致密度、显微硬度、断裂韧性和抗弯强度达到最大值,分别为99.1%,19.39 GPa, 7.84 MPa·m^1/2和1 488 MPa.金属陶瓷的断裂模式主要为沿晶断裂,并呈现较多的韧窝和撕裂棱.     

Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响

将Ti(C_5N_5)、Mo_2C、Ru、Ni粉末混合后,通过粉末冶金方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响及机理。结果显示,掺Ru后的Ti(C,N)基金属陶瓷组织呈现出芯-环结构;随着Ru含量的增加,主体晶粒得到细化,同时粘结相趋于均匀化;Ru含量的变化对Ti(C,N)基金属陶瓷粘结相浓度梯度产生了影响,梯度层厚度随Ru含量的增加先增厚后减薄;含1.5%Ru的Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性和维氏硬度分别达到9.9 MPa·m~(1/2)和1 500 HV_(10)。掺Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能的改善具有突出效果,与其强化陶瓷的粘结相有关。     

Mo添加剂对(Ti,V,Mo)C基金属陶瓷组织与性能的影响

结合BSE显微组织观察和EDS能谱分析、IPP统计分析、XRD物相检测和密度、硬度、抗弯强度测试,研究了不同烧结温度和Mo添加量对(Ti,V,Mo)C基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。研究表明:(Ti,V,Mo)C基金属陶瓷的显微组织中黑色芯相和灰色相共同构成硬质相,Mo添加剂主要作用于硬质相形成碳化物固溶体。随着烧结温度的升高,黑色芯相比例降低,灰色相区粗化明显,抗弯强度下降。当烧结温度为1 400℃,Mo添加量为6%时,(Ti,V,Mo)C基金属陶瓷的综合性能较佳。     

原始成分组成对Ti(C,N)基金属陶瓷烧结性能的影响

采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了原始成分组成对材料烧结特性和力学性能的影响规律。结果表明:保持Mo/(Mo+Ni)为定值,随着硬质相成分的增加,烧结体抗弯强度降低,硬度增加;硬质相成分TiN含量超过一定阈值时,烧结体疏松导致硬度和抗弯强度同时大幅下降;TiN含量保持定值,硬质相成分含量增加,烧结体硬度增加,抗弯强度下降;粘结相成分用Co部分替代Ni,随Co含量的增加,烧结体硬度略有升高的基础上抗弯强度升高。     

亚微米级Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织和力学性能

以亚微米级的粉末为原料制备Ti（C,N）基金属陶瓷,通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDX）等方法研究其在烧结过程中的组织结构变化规律及特点,并探讨烧结工艺参数对金属陶瓷力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度升高,Ti（C,N）基金属陶瓷的组织更均匀,硬质颗粒逐渐球化,表面的Rim相更完整。Rim相分为两层,里层Rim相的Mo、W含量比外层Rim相高,里层Rim相是在固相烧结阶段形成的,外层Rim相是在液相烧结阶段形成的。Rim相的形成及晶粒长大都是通过溶解-析出机制进行的。在1 410℃下保温60 min,可获得较佳的力学性能,抗弯强度达2 266 MPa,硬度为HRA 90.6。     

制备复相结构陶瓷坯件的自反应喷射成形工艺研究

以Ti粉、B4C粉和蔗糖(C的前驱体)为原料,采用自反应喷射成形技术在石墨模具内制备了Ti(C,N)-TiB2复相结构陶瓷坯件,研究了自反应喷射成形技术中几个关键工艺参数如气粉质量流率比(G/C值)、喷射距离和喷射团聚粉预热温度对制备该复相陶瓷坯件的影响。研究表明,对喷射沉积坯件孔隙度影响由主到次的参数依次为G/C值、喷射距离和预热温度。正交试验结果得出,利用Ti-B4C-蔗糖体系制备Ti(C,N)-TiB2复相陶瓷坯件的最佳工艺条件是:G/C值为11、喷射距离为220mm,复合粉预热温度为210℃。所制备复相陶瓷坯件组织结构均匀、致密,主要由TiC0.3N0.7、TiB2与TiO2相及少量孔隙组成;其中TiC0.3N0.7和TiB2为主相,TiO2为副产物相;坯件孔隙度为2.9%,维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为17.3GPa、387MPa和6.0MPa.m1/2。     

添加纳米Ti(C,N)对粗晶WC-8Co硬质合金微观组织和力学性能的影响

将粒度为0.2μm的Ti(C,N)纳米粉末添加到粗晶WC-8Co硬质合金中，采用低压烧结技术制备了WC-xTi(C,N)-8Co系列硬质合金。利用XRD、SEM和EDS研究了添加纳米Ti(C,N)的硬质合金试样的物相组成和微观组织，并分析和讨论了合金的钴磁、矫顽磁力、洛氏硬度和抗弯强度等性能。结果表明，添加纳米Ti(C,N)烧结后的合金均出现了典型的Ti(C,N)芯-环结构，提高了硬质合金的硬度。然而，微量的Ti(C,N)添加会导致合金的力学性能下降，当添加量达到5%时，合金的综合力学性能最好，但当添加量达到15%以上时，基体出现脱碳相，导致合金的抗弯强度大幅下降。     

烧结温度对TiC_(0.7)N_(0.3)-WC-TaC-Mo-(Ni,Co)金属陶瓷材料组织与性能的影响

采用粉末冶金工艺制备TiC_(0.7)N_(0.3)-WC-TaC-Mo-(Ni,Co)金属陶瓷材料。通过密度测试仪、万能力学试验机、维氏硬度测试仪、X射线衍射分析仪和扫描电镜等方法检测金属陶瓷样品的密度、抗弯强度、硬度、物相结构和微观结构,比较分析不同烧结温度对TiC_(0.7)N_(0.3)-WC-TaC-Mo-(Ni,Co)金属陶瓷材料的组织结构和性能的影响。结果表明:烧结温度对材料的致密化过程和结构性能产生重要影响;当烧结温度为1450℃时,材料的抗弯强度达到1110MPa,显微硬度达到1200HV;材料组织致密,环形相连续分布,硬质相细小、均匀,能有效抑制在应力作用下材料内部裂纹的扩展,增加韧性断裂特征。     

Ti(C,N)含量和烧结温度对梯度硬质合金脱β层厚度的影响

以Ti(C,N)为N源,在脱氮气氛下烧结制备WC-TiC-Ti(C,N)-TaC-NbC-Co硬质合金,研究Ti(C,N)含量和烧结温度对脱β层厚度及合金微观组织与性能的影响。结果表明:随Ti(C,N)的质量分数从0.5%增加到1.5%,脱β层厚度持续增大。随烧结温度升高,脱β层厚度增大,增大的幅度随Ti(C,N)含量增加而增大。合金的密度、硬度和矫顽磁力不受Ti(C,N)含量的影响,但随烧结温度升高,合金的硬度降低、矫顽磁力变小、WC平均晶粒尺寸增大且直边化。脱β层中无明显的WC晶粒异常长大现象,脱β层厚度由Ti的扩散和N含量决定。     

制备工艺对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能的影响

采用热压法制备了10%(质量分数)TiC/4.7%(质量分数)Mo增强B4C基陶瓷,分析了烧结温度、保温时间和烧结压力对力学性能的影响.烧结温度由1 800℃提高到1 900℃时,复合材料的抗弯强度由590MPa提高到705MPa;当烧结温度升至1 950℃,强度反而下降;硬度和韧度随烧结温度升高而提高.在烧结温度为1 900℃压力为35MPa保温时间由15min提高到45min时,抗弯强度由600MPa提高到705MPa;进一步增加保温时间,抗弯强度随保温时间的增加而下降;硬度和韧度随保温时间延长而提高.烧结压力对复合材料力学性能的影响较小.当烧结参数为1 900℃、45min、35MPa,B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料抗弯强度、硬度、断裂韧度、相对密度分别为705MPa、20.6GPa、3.82MPa·m1/2、98.2%.     

WC含量对TiCN-HfN金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响

采用热压烧结技术制备了TiCN-HfN-WC金属陶瓷刀具材料, 研究了WC含量(质量分数)对金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响。结果表明: TiCN-HfN-32%WC金属陶瓷刀具材料由TiCN、(Ti, Hf, W)(C, N)、WC和MoNi组成, 材料中还含有极少量的(Ti, Mo, W)(C, N)固溶体, 材料内部形成了网状骨架结构。随着添加WC质量分数的增加, 材料中晶粒粒度降低, 添加WC可抑制材料中TiCN晶粒的生长, 起到细化TiCN晶粒的作用; 材料的相对密度、硬度和断裂韧度都具有先增大后减小的变化趋势, 材料的抗弯强度逐渐增大。当WC质量分数为32%时, 材料具有相对较好的综合力学性能, 其硬度为20.2GPa, 断裂韧度为7.1MPa·m1/2, 抗弯强度为1581.3MPa。     

烧结过程氮气分压对(Ti,Nb)(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

以(Ti,Nb) (C,N)固溶体粉末为原料在不同氮气分压下制备(Ti,Nb) (C,N)基金属陶瓷,并制备了Ti(C,N)基金属陶瓷进行对比.采用带有能谱分析仪的扫描电子显微镜及维氏硬度计,并结合热力学计算,研究了在不同氮气分压下烧结对金属陶瓷组织结构和力学性能的影响.结果 表明,相同烧结工艺下,与Ti(C,N)基金...     

碳纳米管对低Ni含量Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响

为了探讨碳纳米管对Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响,添加不同质量分数的碳纳米管作为增强相,采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷材料.通过对材料的显微组织分析,抗弯、硬度等力学性能的测试,研究了碳纳米管含量对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能的影响.结果表明:添加碳纳米管后,低Ni含量的金属陶瓷材料的组织结构为典型的芯-壳结构,由黑色芯部、具有明显包覆层的组织,白色芯部、包覆层不明显的组织,粘结相组成;相同烧结温度下,添加≤1％(质量分数)的CNTs时,随碳纳米管含量增多,材料抗弯强度下降;添加Ni包覆的碳纳米管的金属陶瓷材料的性能比添加未做过表面处理的碳纳米管的材料性能好.