TiC-TiB2细晶陶瓷凝固组织、断裂行为与原位增韧

通过采用超重力下燃烧合成制备TiC-TiB2细晶陶瓷,研究了陶瓷凝固组织与晶体生长特征,探讨了陶瓷显微组织与断裂行为、增韧机制的关系。XRD、FESEM与EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由大量细小的TiB2片晶及分布其周围的形状不规则的TiC相构成,TiB2片晶的形成是因其小平面晶体生长特性所致,而不规则TiC的晶体形貌则是因非小平面晶体生长特性及高的生长速率所造成的。陶瓷相对密度、硬度(HV)、弯曲强度及断裂韧度分别为98.6%、21.8GPa、650MPa、12.5MPa·m1/2,并且陶瓷增韧是小尺寸TiB2片晶的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及摩擦互锁原位增韧机制协同作用的结果。     

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)。     

原位自生TiB2／7055复合材料的组织与力学性能

对原位自生亚微米TiB2/7055铝基复合材料的微观组织与力学性能进行了研究.结果表明,采用混合盐法反应工艺制备的TiB2含量为12%的7055复合材料.颗粒形状大小均匀,尺寸在200～500 mm之间,适量加入活性元素Mg,可以改善TiB2颗粒与铝基体界面润湿性,有效抑制颗粒的团聚,抗拉强度达到718 MPa,屈服强度达到679 MPa,伸长率达到4.2%,弹性模量达到86 GPa,复合材料拉伸断口呈韧性断裂特征,TiB2与基体界面的破坏以脱粘机制为主.     

TiB_2含量对TiB_2/Al-3.8Zn-1.85Mg-1.32Cu复合材料微观组织与力学性能的影响

利用高能球磨结合放电等离子体烧结和热挤压工艺,制备出TiB_2/Al-3.8Zn-1.85Mg-1.32Cu复合材料。通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜表征以及拉伸力学性能测试,研究TiB_2颗粒添加量对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明:高能球磨诱导TiB_2陶瓷颗粒形貌从多边形转变为近球形;随着TiB_2含量从2%增加到10%(体积分数),铝基体晶粒逐渐细化,析出相含量减少,复合材料抗拉强度、屈服强度和弹性模量分别由381MPa、231 MPa和78 GPa增加到679 MPa、645 MPa和96 GPa,伸长率从5.2%下降到1.0%;细晶强化和弥散颗粒强化为复合材料的主要强化机制。     

放电等离子合成Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备及性能研究

采用放电等离子烧结方法研究了Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备和不同TiB2含量(体积百分数)对Ti3AlC2/TiB2性能的影响。研究表明,在1250℃,30MPa压力和保温8min条件下烧结,可以得到相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料的硬度;Ti3AlC2/30%TiB2维氏硬度达到10.39GPa,电导率达到3.7×106S·m-1;当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696MPa,断裂韧性为6.6MPa·m1/2,但当TiB2含量继续增加时,由于TiB2的团聚和TiB2抑制Ti3AlC2晶体的生长导致了材料的抗弯强度和断裂韧性的下降。     

TiC-TiB2增强MoSi2复合材料的力学性能及抗氧化行为

以MoSi2、Ti和B4C粉为原料,采用高温热压技术合成不同体积分数TiC-TiB2增强MoSi2复合材料,研究TiC-TiB2颗粒对MoSi2基体材料显微组织、力学性能和高温氧化性能的影响.结果表明:30%TiC-TiB2/MoSi2(体积分数)复合材料的抗弯强度和维氏硬度分别达到468.3 MPa和17.07 GPa,比纯MoSi2的分别增加了63.2%和83.5%.随着TiC-TiB2体积分数的增加,复合材料的断裂方式由以沿晶断裂为主向以穿晶断裂为主转变,强化机制是细晶强化和弥散强化.在800～1 200 ℃氧化192 h时,30%TiC-TiB2复合材料的增质是10%TiC-TiB2复合材料的2.38～3.23倍.氧化层中没有发现低熔点的B2O3,而TiO2和SiO2的存在使材料具有较好的抗氧化性.     

热等静压原位生成Al_2O_3颗粒强化Ti_4AlN_3复合材料

利用Al_3Ti/Ti N纳米复合粉体在1280℃/150 MPa/1 h热等静压条件下,制备出Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料。利用XRD、SEM和TEM研究复合材料的形貌及成分。研究表明,复合材料主要由片层结构的Ti_4Al N_3基体和Al_2O_3颗粒增强相组成。Ti_4Al N_3基体的平均晶粒尺寸为7μm;Al_2O_3颗粒的弥散分布,形状不规则,粒度在1~3μm,体积分数约为27%。Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料的强化机制为细晶强化和第二相粒子强化。Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料与单相的Ti_4Al N_3材料相比,显微硬度从2.5GPa提高到6.7 GPa,室温下最大抗压缩强度从450 MPa提高到1 800 MPa,最大压缩应变由4%提高到6.2%。     

放电等离子烧结原位制备TiC/Ti_2AlC复合材料及室温力学性能评价

以Al_4C_3、Ti和石墨粉为原料(Ti、Al、C的摩尔比为6:1:3),利用放电等离子烧结(SPS)技术通过原位反应制备出TiC/Ti_2AlC的复合材料.结果表明,基体相TiC的晶粒尺寸在2～5 μm左右,反应生成的Ti_2AlC颗粒尺度纵向长度为4～10 mm,横向宽度为1～2 mm,且弥散均匀分布在基体中.三元层状相Ti_2AlC的引入大大提高了复合材料的力学性能,复合材料的维氏硬度HV为11 GPa,断裂韧性K_(IC)为5.3 MPa·m~(1/2),抗弯强度sf为(470±50) MPa,弹性模量E为(228±30) GPa.通过压痕法观察了裂纹扩展路径,讨论了材料的断裂机制和增韧机制.材料以沿晶断裂为主,伴随少量穿晶断裂.     

原位TiB_2/Al复合材料制备及凝固过程研究

利用原位法制备了TiB2/Al复合材料。根据X-射线衍射图探讨了增强相形成机制,测定了材料凝固动态曲线并分析了影响凝固的3个主要因素,采用扫描电镜研究了材料的拉伸性能。结果表明,当B2O3与TiO2的摩尔比为1.0时,反应式为:3TiO2+10Al+3B2O3→5Al2O3+3TiB2。影响材料凝固的3个主要因素是颗粒在母相中的分布,B2O3与TiO2的摩尔比以及反应温度。材料的强化主要是TiB2颗粒的弥散强化(即奥罗万机制)和TiB2为形核核心作用所导致的晶粒细化,材料的断裂属于TiB2颗粒被拔出而形成的微孔聚集型韧性断裂。     

双步球磨和放电等离子烧结TiAl基合金的显微组织和力学性能(英文)

采用双步球磨法和放电等离子烧结技术制备细晶Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B-0.5Ta-0.225Y(摩尔分数,%)合金,并研究烧结温度、显微组织和力学性能之间的关系。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸为20～40μm,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体由主相TiAl、少量的Ti3Al相及Ti2Al和TiB2相组成。当烧结温度为900°C时,烧结块体获得的主要组织是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~200nm的范围内,合金的压缩断裂强度为2769MPa,压缩率为11.69%,抗弯强度为781MPa;当烧结温度为1000°C时,等轴晶粒明显长大,TiB2相明显增多,合金的压缩断裂强度为2669MPa,压缩率为17.76%,抗弯强度为652MPa。随着烧结温度的升高,合金的维氏硬度由658降低到616。压缩断口形貌分析表明,合金的断裂方式为沿晶断裂。     

Mechanical properties of Ti-6Al-4V/TiB composites with randomly oriented and aligned TiB reinforcements

In situ Ti-6Al-4V/TiB discontinuously reinforced composites, containing 20 and 40% of TiB whiskers by volume, were produced by blending Ti, Al/V, and TiB₂ powders. The consolidated powder blends were annealed to transform the TiB₂ particles to TiB. The microstructural evolution of the composite was studied as a function of heat treatment duration at 1100, 1200, 1300 and 1400 °C. The mechanical properties of Ti-6Al-4V/TiB composites were established in tension and compression at room temperature and 300 °C, and by resonant ultrasound spectroscopy (RUS), for the two volume fractions of TiB, and for randomly oriented and aligned arrays of TiB whiskers. The average Young’s modulus of the composite with 20% of randomly oriented TiB whiskers was 153 GPa, compared to 109 GPa for unreinforced Ti-6Al-4V. The average Young’s modulus of composites with 20 and 40% of aligned TiB whiskers was measured along the extrusion axis as 169 and 205 GPa, respectively. The stiffness of TiB whiskers was determined from bulk measurements with the Halpin-Tsai equation to be 482 GPa. Yield and ultimate strengths near 1200 MPa were measured. The strength and ductility of the materials were limited in the present study by non-optimal matrix microstructure and inadequate particulate distribution, and approaches for properties improvements are provided.     

混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料制备与性能

本文以碳纳米管（CNTs）和TiB2颗粒作为增强相,首先利用球磨、表面吸附和热压烧结相结合技术制备具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,改善了CNTs在铜基复合材料中易团聚问题。CNTs/Cu复合材料的致密度和导电率随CNTs含量增加而降低,抗拉强度和伸长率随CNTs含量增加先升高后降低,当含量为0.1 wt.%时综合性能最优,致密度、导电率和抗拉强度分别为97.57%、91.2 %IACS和252 MPa。而球磨后热压烧结的1 wt.% TiB2/Cu复合材料致密度、导电率和抗拉强度分别为97.61%、58.3 %IACS和436 MPa。在此基础上,将TiB2颗粒原位引入到具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,制备获得混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料。相比单一CNTs（或TiB2）增强铜基复合材料,(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的强度提升显著。其中,(0.1 wt.% CNTs+1 wt.% TiB2)/Cu复合材料的导电率和抗拉强度分别为56.4 %IACS和531 MPa,相比1 wt.% TiB2/Cu,其导电率仅降低3.3%,而抗拉强度则升高21.8%。这主要归因于片层间CNTs可起承担和传递载荷作用,同时片层间弥散分布的TiB2颗粒可以钉扎位错,两种强化机制共同作用使(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的抗拉强度显著提升。     

反应热压烧结BN-ZrB_2-ZrO_2复合材料的显微组织与力学性能

采用反应热压烧结工艺制备了BN-ZrB_2-ZrO_2复合材料.ZrB_2由ZrO_2、B4C、C反应生成,反应方程式为2ZrO_2+B_4C+3C=2ZrB_2+4CO↑.通过改变原始ZrO_2的含量,可以得到ZrB_2与ZrO_2比例不同的55%BN-ZrB_2-ZrO_2复合材料.在1600 ℃,90 min,30 MPa的烧结条件下,复合材料的致密度均达到93%以上.复合材料的抗弯强度、断裂韧性随ZrB_2与ZrO_2比例的降低先升高后降低.当复合材料中ZrB_2与ZrO_2比例的为2.5:1时,复合材料的维氏硬度、抗弯强度、弹性模量、断裂韧性分别为1.74 GPa、291 MPa、118 GPa、4.2 MPa·m~(1/2).     

TiB2+SiC混杂颗粒增强的ZL109复合材料

在原位合成工艺制备TiB2颗粒增强ZL109复合材料基础上，通过加入SiC颗粒增强铝基复合材料，制备了TiB2＋SiC混杂颗粒增强ZLl09复合材料。结果表明：TiB2颗粒在铝合金熔体中具有良好的悬浮稳定性，而且在TiB2＋SiC混杂颗粒增强铝基复合材料中，由于TiB2颗粒的存在，有效抑制了SiC颗粒的沉降行为，熔体经45min静置仍可获得颗粒分布均匀的复合材料，这使得制备高模量复杂形状零件的直接铸造成型成为可能；在TiB，＋SiC混杂颗粒增强铝基复合材料中，颗粒的混杂作用对复合材料弹性模量的提高具有协同作用，能够大幅度提高复合材料的弹性模量，其弹性模量较计算值提高14．7％；对于（10％TiB2＋10％SiC）／ZL109混杂增强铝基复合材料，经T6热处理后，材料抗拉强度可达到275MPa，弹性模量提高到105．8GPa。     

轧制变形对网状结构TiB_w/Ti复合材料组织与力学性能的影响(英文)

通过反应热压技术成功制备出网状结构TiB晶须增强纯钛(TiBw/Ti)复合材料。原位合成的TiB晶须分布在大尺寸Ti基体颗粒周围形成网状结构。这种新型的网状结构TiBw/Ti复合材料表现出优异的综合力学性能。为了进一步改善力学性能及指导后续塑形变形加工,研究这种新型复合材料的轧制变形行为。结果表明:由于基体的形变强化,这种新型TiBw/Ti复合材料的强度可以通过轧制变形得到有效的提高,并且强度水平随着变形量的增加而增加。其中,通过轧制变形,可以使8.5%TiBw/Ti复合材料的强度从842MPa提高到 1030 MPa。需要指出的是,随着变形量的增加,TiB晶须的断裂程度也增加,这一点对复合材料的力学性能是不利的。     

纳米SiC颗粒增强反应烧结碳化硼复合材料的研究

采用真空熔渗法,通过对B4C-C素坯于1550 ℃渗Si,得到了较致密的反应结合碳化硼陶瓷复合材料。通过生成SiC纳米颗粒对材料进行强化,并探讨了纳米SiC颗粒对材料组织与性能的影响及其强韧化机理。实验表明,材料包括B4C、Si、SiC和B12(C,Si,B)3四相。结果表明,选取酚醛树脂作为外加碳源,可在材料中成功引入细小的SiC纳米颗粒,使复合材料的抗折强度、断裂韧性和维氏硬度较以炭黑为外加碳源的材料,分别增加了35 %、36 %和15 %,分别高达442 MPa、4.9 MPa?m1/2和23 GPa。     

Effects of rolling deformation on microstructure and mechanical properties of network structured TiBw/Ti composites

TiB whiskers reinforced pure Ti (TiB_w/Ti) composites with a novel network microstructure were successfully fabricated by reaction hot pressing (RHP). TiB whiskers are in situ synthesized around the large pure Ti matrix particles, and subsequently formed into TiB_w network structure. The novel TiB_w/Ti composites with a network microstructure exhibit a superior combination of mechanical properties. In order to further improve the mechanical properties and guide the subsequent plastic forming, the rolling deformation behavior of the novel composites was investigated. The results show that the strength of the novel TiB_w/Ti composites can be effectively enhanced by rolling deformation due to the matrix deformation strengthening effect, and increased with increasing the rolling reduction. The strength of 8.5%TiB_w/Ti (volume fraction) composite is significantly increased from 842 MPa to 1030 MPa by rolling deformation. It is certain that the TiB whiskers are gradually broken with increasing the rolling reduction, which is harmful to the mechanical properties of the composites.     

Effect of Pyrolysis Temperature on the Properties of Three-Dimensional Silica Fiber Reinforced Nitride Matrix Composites

Three-dimensional silica fiber reinforced nitride matrix composites (3D SiO_2f/nitride composites) were prepared through four cycles of vacuum infiltration of a hybrid precursor and pyrolysis under ammonia atmosphere. The effects of pyrolysis temperature on densification behavior, mechanical properties, and microstructures of the composites were investigated. With the increase of pyrolysis temperature from 800 to 1300 °C, the density of SiO_2f/nitride composites increased from 1.83 to 1.88 g/cm³, while the flexural strength decreased from 148 to 53 MPa, and the elastic modulus decreased from 41.5 to 25.1 GPa. The higher temperatures cause serious damage to silica fibers. The properties of silica fibers and the reinforcing mechanism determine the mechanical properties of the composites.     

TiB2含量对B4C-TiB2-Al复合材料组织与力学性能的影响

通过在B4C-TiB2预烧体中真空熔渗Al制备了B4C-TiB2-Al复合材料,研究了TiB2含量对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明: B4C-TiB2-Al复合材料主要由B4C,TiB2,Al和Al3BC等相组成;随着TiB2含量的增加,复合材料的HRA硬度逐渐降低,抗弯强度逐渐增大,断裂韧性先增大后稍微降低,当TiB2含量为40%(质量分数)时,复合材料的气孔率、硬度HRA、抗弯强度和断裂韧性分别为1.32%,80.3,559.4 MPa和7.83 MPa·m1/2;延性Al的加入,裂纹的偏转和分叉、B4C和TiB2晶粒的细化以及B4C基体和TiB2晶粒热膨胀的不匹配,是造成材料断裂韧性提高的主要原因;随着Al渗入量的增加,复合材料断口中金属撕裂棱及韧窝的比例增加.