ZrO2/Si3N4颗粒增强MoSi2基复合材料的显微组织和力学性能

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了不同体积分数的MoSi2及其复合材料,研究了复合材料的显微组织和力学性能.结果表明:10%ZrO2/20%Si3N4/MoSi2复合材料的致密度、显微硬度、抗压强度、断裂韧性分别为92.3%、15.17 GPa、2105 MPa、6.61 MPa·m1/2.与20%ZrO2/MoSi2复合材料相比,断裂韧性下降2.9%,显微硬度和抗压强度分别提高了22.8%,13.4%;与20%Si3N4/MoSi2复合材料相比,断裂韧性提高了5.3%,显微硬度和抗压强度相近;经500℃氧化300 h,氧化增重与ZrO2和Si3N4单独增强的相近,均是纯MoSi2的1/10左右,抗氧化效果显著.     

镀铜时间对壳核结构钛基粉体形貌及复合材料组织和硬度的影响

采用磁控溅射技术制备了铜层均匀致密的壳核结构复合粉末（Cu@TC4复合粉末），采用放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）技术制备了原位Ti2Cu增强的TC4复合材料（Ti2Cu/TC4复合材料）。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、金相显微镜（OM）和电子探针等手段系统研究了镀铜时间对Cu@TC4复合粉末截面形貌和烧结态Ti2Cu/TC4复合材料微观组织的影响规律，并采用维氏硬度仪对Ti2Cu/TC4复合材料的显微硬度进行测试。结果表明：TC4钛合金粉末经过磁控溅射镀铜后，TC4钛合金粉末表面明显包裹了一层Cu，溅射时间为1 h时，镀层厚度为0.7μm；当溅射时间为4 h时，镀层厚度随之增加至3.7μm；较溅射1 h所得镀层厚度增加428%，镀层均匀致密，形成壳核结构。随着镀铜时间的增加，烧结态Ti2Cu/TC4复合材料的OM显微组织由魏氏组织转变为魏氏组织与共析组织混合的形貌特征，复合材料的显微硬度也随之增加，由原始的HV1 332.56增加到HV1 380.52，提高了约14.4%，显微硬度提升的原因可归结为分布在基体中的Ti2...     

渗Ti法制备TiB2-TiC复合材料的研究

采用渗Ti法制备出相对密度较高的TiB_2-TiC复合材料,并讨论了熔渗温度对TiB_2-TiC复合材料物相、显微组织、致密度和维氏硬度的影响.结果表明:TiB_2-TiC复合材料的相组成为TiB_2、TiC、Ti_3B_4、TiB、Ti_3AlC和TiO相.随着熔渗温度的增加,复合材料中TiB_2含量降低,反应生成Ti_3B_4和TiB相区域的尺寸和数量有所增加;复合材料的维氏硬度整体呈降低趋势.当熔渗温度为1 650℃时,TiB_2-TiC复合材料性能最佳,对应复合材料的维氏硬度、开口气孔率、体积密度和相对密度分别为21 GPa、0.34%、4.46 g/cm~3和96.2%.     

离心-凝胶注模技术制备Ti/HA梯度复合材料

利用离心-凝胶注模成形技术制备Ti/HA梯度复合材料。研究了固相含量和Ti含量对Ti/HA浆料粘度的影响,分析了引发剂和催化剂含量对浆料凝胶固化时间的影响。测定了不同离心转速、离心时间以及浆料固含量下的Ti/HA复合材料生坯各部位密度,进而研究离心成形过程Ti和HA颗粒的物质分离现象。利用SEM观察了烧结后Ti/HA梯度材料各部位的显微组织,并测定其抗弯强度和断裂韧性。结果表明,固相含量为50%、Ti含量为7%的Ti/HA浆料具有较低的粘度232.1 mPa·s,当加入1.2%引发剂和0.9%催化剂时,该浆料起始凝胶固化时间为10 min。该浆料在1 000 r/min转速下离心10 min后所得的Ti/HA生坯具有良好的密度梯度;该生坯在1 000℃下烧结2 h后,Ti/HA复合材料显微组织中Ti颗粒呈良好的梯度分布,其抗弯强度和断裂韧性分别为82.2 MPa和1.71 MPa·m~(1/2),比纯HA材料提高了153%和116%。     

β-SiAlON-cBN陶瓷复合材料的制备与性能

采用放电等离子烧结(SPS)在1 500℃下制备不同立方氮化硼(cubic Boron Nitride,即cBN)含量的β-SiAlON-cBN陶瓷复合材料,研究cBN含量对陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和性能的影响.XRD分析表明:在添加复合烧结助剂的条件下合成的β-SiAlON-cBN陶瓷复合材料,β-SiAlON的量随着cBN含量的增加而增加.FESEM观察结果表明:cBN颗粒较均匀地分布在β-SiAlON基体中,一些cBN颗粒表面出现可剥离的层片状物质六方氮化硼(hBN).随着cBN含量的增加,β-SiAlON-cBN陶瓷复合材料的相对密度先下降后略有上升,硬度呈现降低趋势,断裂韧性则先升高后略有降低.β-SiAlON-10%cBN(质量分数)的相对密度和硬度分别为96.8%和13 GPa,β-SiAlON-30%cBN的断裂韧性可达到KIC=3.2 MPa·m1/2.     

TiC含量对TiCp/M2高速钢复合材料性能的影响

采用高能球磨法制备了TiCp/M2高速钢复合粉末,并利用放电等离子烧结(SPS)技术制备出不同TiC含量的颗粒增强M2粉末冶金高速钢复合材料(TiCp/M2)。测试了粉末粒度分布,观察了粉末形貌及其烧结试样的显微组织,检测了烧结试样的密度、硬度、抗弯强度及摩擦磨损性能,并探讨了复合材料的磨损机理。结果表明:球磨20h后,粉末形态由近似椭球形转变为不规则形状;放电等离子烧结后复合材料的显微组织均匀细小,晶粒平均尺寸小于2μm,M6C型碳化物平均尺寸小于1μm;致密度、抗弯强度随TiC含量的提高而有所降低,硬度在TiC含量为10%时达到最大值59HRC;TiCp/M2试样的磨损量随着TiC含量的增加呈现先下降后上升的趋势,当TiC含量为10%时复合材料具有最佳的耐磨性能,其磨损量约为基体材料的1/3。     

原位反应制备Ag/TiB2复合材料

在Ti和B粉末原位反应生成TiB2条件热力学分析的基础上,采用机械合金化和粉末冶金原位合成工艺制备Ag/TiB2复合材料.采用Ag粉,Ti粉和B粉作为材料,按照Ti和B摩尔比1∶2占复合材料质量分数分别为0.5％,1.0％,3.0％和5.0％ TiB2进行配料,混合后在自制高能球磨机上球磨60h,转速为150 r·min-1,球料比为60∶1.球磨后的粉末在压力机上用模具冷压成型φ21 mm ×5 mm的块状试样,压力600 MPa,保压30 s.最后将混合粉末的压制体在900℃保温4h热压炉中进行原位反应,并通入Ar气作为保护气氛,制备了不同TiB2含量的新型Ag/TiB2复合材料,系统研究了TiB2含量对AgTiB2触头复合材料组织和性能的影响.通过X-ray衍射仪,扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)表征分析了Ag/TiB2复合材料的相组成及显微组织,并采用维式硬度计和涡流电导仪对硬度和导电率进行了测试.研究结果表明,采用机械合金化球磨和原位反应粉末冶金技术制备Ag/TiB2复合材料是可行的.随着TiB2含量的增加,Ag/TiB2复合材料出现明显的TiB2团聚现象,且Ag/TiB2复合材料的硬度呈现先增大后减小的趋势,在硬度值为3％时,达到最大硬度值87.1 HV,但Ag/TiB2复合材料电导率随着TiB2含量的增加逐渐下降.     

不同烧结气氛下SiAlON/cBN陶瓷复合材料的性能研究

以Si3N4、Al N、Al2O3和c BN为原材料,采用放电等离子烧结,在氮气、氩气和真空三种不同烧结气氛下制备Si Al ON/c BN陶瓷复合材料.通过XRD、SEM及力学性能评估等手段研究了材料的物相组成、显微组织、体积密度、硬度以及断裂韧性等性能.结果表明:真空气氛下制备的Si Al ON/c BN陶瓷复合材料显微组织相对致密,具有较高的体积密度、硬度和断裂韧性.     

(V,Cr, W)C复合粉末对WC-11Ni硬质合金微观组织及力学性能的影响

以Cr₂O₃、WO₃、V₂O₅和炭黑为原料，采用碳热还原法在1 500℃下反应2 h制备了(V,Cr, W)C复合粉末。采用XRD和SEM对(V,Cr, W)C复合粉末的相成分和显微组织进行了表征，研究了复合粉末的添加方式及含量对WC-11Ni硬质合金组织及力学性能的影响。结果表明，添加(V,Cr, W)C复合粉末的合金力学性能获得了显著提升，其抗弯强度、维氏硬度以及断裂韧性比未添加复合粉末的试样分别提高了19.97%、19.61%、12.18%。同时，添加(V,Cr, W)C复合粉末的合金性能优于添加(V,Cr)C复合粉末和添加WC+Cr₃C₂混合粉末的合金试样。另外，随着(V,Cr, W)C复合粉末添加量的增加，合金的抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性均呈先增大后减小的变化趋势；当(V,Cr, W)C复合粉末的添加量为0.6%时，合金的抗弯强度、维氏硬度和断裂韧性达到最大值，分别为2 835 MPa、1 671 MPa、15.1 MPa...     

ZrB_2含量和烧结温度对ZrC-ZrB_2复合材料组织与性能的影响

以ZrC和ZrB_2粉末为原料,采用放电等离子烧结法在1 750℃和1 850℃烧结制备ZrB_2含量(质量分数)分别为5%,10%,15%的ZrC-ZrB_2复合陶瓷材料,研究ZrB_2含量对材料组织与性能的影响。结果表明:ZrC-ZrB_2复合材料表面形貌呈鳞片状,随ZrB_2含量增加,晶粒变细。当烧结温度为1 750℃时,随ZrB_2含量增加,材料密度降低,但断裂韧性提高,ZrB_2含量为15%时断裂韧性达到11.972MPa·m~(1/2),而ZrB_2含量为10%时,材料硬度最大,为16.868 GPa。与1750℃烧结的ZrC-ZrB_2复合材料相比,烧结温度为1 850℃时材料发生再结晶与晶粒长大,整体力学性能下降,随ZrB_2含量增加,材料密度降低,但仍有晶粒细化与力学性能升高的趋势。     

发动机用石墨烯表面镀Cu增强钛基复合材料的制备及力学性能

通过微波烧结法制备石墨烯(GNPs)表面镀Cu增强钛基(Ti6Al4V)复合材料,探讨石墨烯表面镀Cu后对钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功镀覆一层较均匀分布的Cu颗粒;石墨烯与基体Ti界面反应严重,容易生成粒径为2~5μm的TiC,石墨烯表面镀Cu后,界面反应产生的TiC含量更多,同时生成了Ti_2Cu相;相比于单纯外加石墨烯,石墨烯表面镀Cu后,提高了复合材料的力学性能,其相对密度、显微硬度、抗压强度分别达到95.48%、468 HV_(0.1)、1 406 MPa;室温磨损机制由基体(Ti6Al4V)的磨粒磨损转变为GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的黏着磨损。     

原位合成TiB2对B4C/2024Al合金复合材料组织与力学性能的影响

在B4C粉末中加入5%高纯TiO2,经过压制和烧结制备B4C-TiB2陶瓷预制体,然后在氩气气氛中1 200℃下浸渗2024铝合金制得B4C-TiB2/Al合金复合材料。对该复合材料进行力学性能测试、X射线衍射分析、显微组织观察和断口分析。结果表明:该复合材料主要由B4C,Al,Al3BC和AlB2相组成,原位合成的TiB2使B4C/Al合金复合材料的抗弯强度和断裂韧性显著提高,分别达到361 MPa和7.49 MPa m1/2,增幅分别为14.6%和11.5%,但密度变化很小。原位合成TiB2使B4C/Al合金复合材料的抗弯强度和断裂韧性提高主要来源于金属铝塑性变形的裂纹桥接机制、TiB2细化晶粒及微裂纹引起的主裂纹偏转分叉机制。     

放电等离子烧结制备TiC_p/M2高速钢复合材料

采用高能球磨法制备TiCp/M2高速钢复合粉末,并通过放电等离子烧结(SPS)制备TiC颗粒增强M2高速钢复合材料(TiCp/M2)。研究SPS工艺参数对复合材料的致密化规律、显微组织和力学性能的影响。结果表明:SPS可以实现TiCp/M2高速钢复合粉末的低温快速致密化;复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度随烧结温度的提高均呈现先增大后减小的趋势。在1040℃烧结时,增大压力或延长保温时间,TiCp/M2复合材料的相对密度、硬度和抗弯强度均有所提高,在50MPa压力下保温10min所制备的TiCp/M2高速钢复合材料具有最佳综合性能,其M6C型复合碳化物的平均粒度为0.8μm,相对密度、硬度和抗弯强度分别为98.9%、HRC57和1685MPa。     

WC粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了WC粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷Ti(C_(0.7)N_(0.3))-15%WC-15%Ni显微组织和性能的影响。研究结果表明,降低WC粉末粒度后组织中出现了大量的白芯-灰环结构的晶粒,总体晶粒度均匀并得到细化(2μm以下)。细化的WC粉末不仅使WC的溶解速度增大,Ti(C,N)的溶解速度也增大。细化WC粉末粒度可以提高金属陶瓷的硬度,但是断裂韧性却有所下降。     

不同碳源TiC/Ti复合材料的微组织及力学性能

采用原位熔铸法制备了不同TiC添加量以及不同碳源(C粉末、C纳米管和C纤维)的TiC/Ti复合材料,研究了TiC添加量和碳源种类对铸态和锻态TiC/Ti复合材料显微组织的影响,并对不同碳源制备的铸态和锻态复合材料进行了断裂韧性和室温压缩实验。结果发现,TiC/Ti复合材料主要由α-Ti和TiC组成;α片层宽度随着TiC体积分数的增加逐渐下降,TiC呈条状或片状。经过锻造,α片层扭折,TiC呈近等轴状。在引入的碳源中,添加C粉末作为原位反应碳源制备的铸态TiC/Ti复合材料的断裂韧性最高,C纳米管次之,碳纤维最低;室温抗压压缩强度和屈服强度的大小与断裂韧性趋势相反。经过锻造,断裂韧性整体下降;室温抗压强度和屈服强度整体提高。     

不同碳源TiC/Ti复合材料的显微组织及力学性能

采用原位熔铸法制备了不同TiC添加量以及不同碳源(碳粉末、碳纤维和碳纳米管)的TiC/Ti复合材料,研究了TiC添加量和碳源种类对铸态和锻态TiC/Ti复合材料显微组织的影响,并对不同碳源制备的铸态和锻态复合材料进行了断裂韧性和室温压缩性能测试。结果发现,TiC/Ti复合材料主要由α-Ti和TiC组成;α片层宽度随着TiC体积分数的增加逐渐下降,TiC呈条状或片状。经过锻造,TiC呈近等轴状,α片层进一步细化。以碳粉末作为原位反应碳源制备的铸态TiC/Ti复合材料,断裂韧性较高,以碳纤维和碳纳米管作为碳源时,断裂韧性较低;以不同碳源制备的铸态复合材料,室温抗压强度和屈服强度无明显差异。     

轧制制备Ti/Ni/Ti和Ni/Ti/Ni复合材料的组织和性能研究

通过室温复合轧制技术成功获得了Ti/Ni/Ti和Ni/Ti/Ni复合材料,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能试验机等设备对复合材料的界面和显微组织进行观察,并对其力学性能进行测试分析。研究了Ti/Ni/Ti和Ni/Ti/Ni层状复合材料的不同组合方式对界面结合、显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:在轧制复合过程中,因组元层的叠层顺序不同,导致其变形行为、组元层厚度和显微组织不同,界面结合形貌不同,力学性能差异较大。通过对比,Ti/Ni/Ti结构的复合材料界面结合状况和力学性能均优于Ni/Ti/Ni。经过90%变形量后,Ti/Ni/Ti的抗拉强度和延伸率分别为:627.67 MPa和12.3%;Ni/Ti/Ni的抗拉强度和延伸率分别为:735.60 MPa和4.8%。     

Mo含量对(Ti,W,Ta)C-Ni系金属陶瓷组织与性能的影响

以(Ti,W,Ta)C固溶体粉末、金属Mo粉和Ni粉为原料,采用真空液相烧结法制备(Ti,W,Ta)C-x Mo-1%Ni金属陶瓷(x为质量分数,x=0~20%),研究Mo含量对(Ti,W,Ta)C-Ni系金属陶瓷的显微组织、物相组成、致密度和力学性能的影响。结果表明,随Mo含量增加,金属陶瓷的组织逐渐细化;Mo对(Ti,W,Ta)C-Ni系金属陶瓷的致密化具有较强的促进作用,使得金属陶瓷的烧结收缩率增加,孔隙减少;随Mo含量增加,(Ti,W,Ta)C-Ni系金属陶瓷的硬度提高,而抗弯强度先升高后降低。当Mo含量为15%时,(Ti,W,Ta)C-Ni系金属陶瓷的力学性能最优,硬度HRA和抗弯强度分别为90.2和1 661 MPa。     

烧结工艺对Ti/Al2O3复合材料性能的影响

本文利用放电等离子烧结技术探讨了烧结温度和保温时间对40%Ti(体积分数)/Al2O3(体积分数)复合材料性能的影响.实验结果表明复合材料的性能受烧结温度的影响最为显著,过度的延长保温时间会使晶粒发生异常长大,使得复合材料性能降低.烧结温度1 300℃,保温8 min,制备的复合材料力学性能最佳,其弯曲强度、断裂韧性、显微硬度和相对密度分别为1002.22 MPa、19.73 MPa*m1/2、18.14 GPa和99.74%.     

放电等离子烧结制备超细晶WC-3Co硬质合金的组织和性能

采用高能球磨制备纳米WC-3Co粉末,再通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备超细晶WC-3Co硬质合金。研究SPS工艺参数对合金致密度、显微组织和力学性能的影响,并对SPS和热压工艺(hotpressing,HP)进行对比。结果表明:SPS可实现WC-3Co粉末的低温快速致密化。升高温度或提高压力都使得合金的致密度提高,同时导致WC晶粒长大。SPS较HP升温速率快且烧结时间更短,合金组织更加均匀,在1 300℃保温5 min、烧结压力为40 MPa的条件下所制备的合金具有最佳综合性能,其平均晶粒度为0.32μm,相对密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为99.3%、2257 HV30、1 906 MPa、10.36 MPa.m1/2。而在1 450℃、压力为50 MPa、保压5 min条件下,热压合金的致密度、硬度和断裂韧性分别为99.6%、2 264 HV30和11.01 MPa.m1/2,但抗弯强度只有1 301 MPa,平均晶粒度为0.47μm。