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。     

SPS烧结制备TiB2/TiC复合材料

采用金属钛粉和碳化硼为初始粉料,利用SPS放电等离子烧结技术制备了致密的纳米结构TiB2/TiC复合材料.并借助XRD、SEM考察了复合材料的相组成和显微结构,利用压痕法和小样品力学性能测试方法(MSP)测定了室温显微硬度、断裂韧性和MSP强度.研究结果表明:利用一步法直接升温至1550℃并保温6 min制备的复合材料,其晶粒尺寸大于1μm,MSP强度为833 MPa.而采用两步法升温至1550℃,然后迅速降低保温温度至1450℃,并保温6 min条件下使金属钛粉和碳化硼同步完成反应、烧结、致密化,生成晶粒细小的TiB2/TiC复合材料,晶粒尺寸大约为200 nm,并且所制备的复合材料力学性能更好,MSP强度达到1095 MPa.     

烧结温度对(Ti5Si3+TiC+TiB)/Ti复合材料组织和力学性能的影响

为了获得性能优异的钛基复合材料和解决单一增强相对性能提升有限等问题,以Ti粉、SiC粉、TiB₂粉、C粉为原料,采用粉末冶金法,在不同烧结温度下原位自生制备了(Ti₅Si₃+TiC+TiB)/Ti复合材料。通过XRD、SEM、万能试验机等设备表征了复合材料的微观组织和力学性能。结果表明:随烧结温度的升高,复合材料的致密度提高,平均晶粒尺寸逐渐增大;烧结温度的升高使增强相数量增加的同时减少了较低烧结温度下的团聚现象。复合材料的洛氏硬度、屈服强度、抗拉强度随烧结温度的升高先增大后减小,断裂应变下降不显著。在1 300 ℃下,(Ti₅Si₃+TiC+TiB)/Ti具有最佳的综合力学性能,烧结态试样的抗压强度达到最高2 435 MPa,屈服强度1 649 MPa,洛氏硬度49.1HRC,断裂应变28.7%。分析可知,微米尺寸的TiC、TiB和亚微米尺寸的Ti₅Si₃增强相的协同作用在显著提高复合材料强度的同时也保持了一定的塑性。(Ti₅Si₃+TiC+TiB)/Ti复合材料的增强方式以细晶强化、弥散强化和载荷传递强化为主。     

Cu/Ti3SiC2/TiB2复合材料的研究

采用化学镀Cu的TiB2粉和Ti3SiC2粉与cu粉进行湿混,通过真空无压烧结法制备TiB2增强的Cu-Ti3SiC2复合材料.研究了其致密度、硬度随TiB2含量变化的规律.因为TiB2镀Cu和Ti3SiC2镀Cu改善了它们与Cu的湿润性而提高了相互之间的结合强度,从而提高了TiB2增强cu-Ti3SiC2复合材料的效果.结果表明,在Ti3SiC2含量为20%(体积分数),烧结温度为950℃时制备Cu/Ti3SiC2/TiB2的复合材料致密性最好,硬度最高.     

SPS原位反应制备TiSi2基复合材料的微观结构和性能研究

以工业用硅粉、碳粉和碳化钛粉为原料,利用放电等离子烧结技术原位反应制备了TiSi2-SiC两相复合材料和TiSi2-SiC-Ti3SiC2三相复合材料.利用XRD、FESEM和TEM对复合材料的相组成和微观结构进行了研究.结果表明,基体相TiSi2的晶粒尺寸在1um以上,反应生成的SiC颗粒尺度在200～300nm,且均匀弥散分布在TiSi2基体中.TiSi2-SiC材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度随着SiC含量的增加都有一定程度的提高.Ti3SiC2三元相的引入大大提高了TiSi2-SiC-Ti3SiC2复合材料的力学性能. SiC和Ti2SiC2的引入对TiSi2-SiC复合材料在高温下的电导率和热导率影响较小.     

放电等离子烧结工艺合成Ti3SiC2材料

以铝为助剂结合放电等离子烧结工艺,在较低温度下快速制备出高纯致密Ti3SiC2块体材料.掺加适量铝能加快Ti3SiC2的反应合成,提高制备材料的纯度,并促进Ti3SiC2晶体的生长和材料的快速烧结致密.在升温速率为80℃/min,z轴压力为30MPa时,材料制备的最佳温度为1250～1300℃.所制备材料经XRD、SME和EDS分析表明不含TiC和SiC等杂质相,Ti3SiC2为5～15μm的板状结晶,断裂韧性为6.8±0.2MPa·m1/2,弯曲强度为420±10MPa.     

(SiC,TiB2)/B4C复合材料的烧结机理

研究了在热压条件下制备 (SiC, TiB₂)/ B₄C复合材料的烧结机理。认为烧结助剂的加入使本体系成为液相烧结,同时粉料的微细颗粒对复合材料的烧结致密也有重要贡献。分析和测量了制取的复合材料的相组成、显微结构和力学性能。结果表明,采用B₄C与Si₃N₄和少量SiC、TiC为原料,Al₂O₃＋Y₂O₃为烧结助剂,在烧结温度1800~1880℃,压力30 MPa的热压条件下烧结反应生成了SiC、TiB₂和少量的BN,制取了(SiC, TiB₂)/B₄C复合材料。所形成的晶体显微结构为层片状。制得的试样的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别可达HRA88.6、540 MPa和5.6 MPa·m1/2。      

添加TiB2对Ti-B-C复相陶瓷性能的影响

在1800℃,35MPa的条件下热压烧结B4C/Ti(摩尔比1:3),得到了TiB2/TiC陶瓷材料.材料的弯曲强度和断裂韧性分别为454MPa和8.4MPa·m1/2.当材料中添加不同含量的TiB2时,发现显微结构中有棒晶出现,经X射线分析为TiB2.添加5%(体积比)TiB2时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别高达540MPa和10.8MPa·m1/2;而添加20%TiB2时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性下降到357MPa和8.19MPa·m1/2.经扫描电镜观察,添加5%TiB2的材料中棒晶数量明显,长度在10～40μm,气孔较少;而20%TiB2材料中的棒晶发育不充分,数量较少,并且存在大量的气孔.这说明一定数量的添加剂可以促进棒晶的生长和发育.原位形成的棒晶,使材料起到了自增韧的效果,大幅度提高了复合材料的力学性能。     

渗硅技术原位制备Ti_3SiC_2-SiC复合材料的新工艺(英文)

提出制备Ti3SiC2-SiC复合材料的一种新思路,即利用液态硅渗透TiC/C预制体原位反应制备Ti3SiC2-SiC复合材料,并采用XRD、SEM和EDS考察了材料的显微结构和力学性能.结果表明:制备出材料主要由Ti3SiC2相组成,SiC相含量较少;Ti3SiC2晶相呈现出3～10μm大小的层状结构;施加10kg的压力下测得样品S1550-1,S1550-3和S1550-4的硬度分别为6.8GPa、7.1GPa和7.8GPa,它们的密度在3.55～3.96g/cm3范围内.实验结果表明,利用液态硅渗透技术原位制备Ti3SiC2-SiC复合材料是一种可行的新工艺.     

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1 250℃,30 MPa压力和保温8 min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/TiB2维氏硬度达到10.39 GPa,电导率达到3.7×106 S·m-1当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696 MPa,断裂韧性为6.6 MPa·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.     

SPS快速烧结制备纳米结构Ti5Si3-TiC复合材料

采用金属钛和碳化硅为初始原料,采用放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了致密纳米结构的Ti5Si3-TiC复合材料.借助XRD、SEM和TEM考察了复合材料的相组成和显微结构,利用压痕法测定了其室温显微硬度和断裂韧性.结果表明利用SPS技术可在1260℃,保温8 min条件下使金属钛和碳化硅同步完成反应、烧结、致密化,生成Ti5Si3-TiC复合材料,并且晶粒细小,其中TiC晶粒尺寸＜200nm.     

MoS2/Ti3SiC2层状复合材料的制备

采用热压烧结方法制备MoS2/Ti3SiC2(MoS2质量分数为2%)的层状复合材料.研究了不同烧结温度对烧结试样性能的影响.研究表明,在1 400℃,30 MPa压力和保温2 h条件下,可以得到致密度达99%以上的MoS2/Ti3SiC2复合材料;在Ti3SiC2中添加MoS2后,烧结温度越高维氏硬度越大;在1 400℃,烧结试样维氏硬度达6 220 MPa,高于纯Ti3SiC2材料的4 000 MPa;MoS2有良好的导电性能,使得烧结试样的电导率比较高,在1 400℃,烧结试样电导率达9.68×106 S·m-1,是纯Ti3SiC2材料的2倍.     

高能球磨结合无压烧结制备TiB2-TiC复相陶瓷

以用高能球磨方法制备的陶瓷粉体为原料,采用无压烧结技术制备了致密的TiB2-TiC复相陶瓷。结果表明,机械合金化过程对于控制TiB2-TiC复相陶瓷的显微结构和相组成有重要的影响,而且能促进TiB2和TiC两相间连续界面的形成;球磨48 h的粉体在1800℃烧结2 h后,可制备出相对密度为98.4%、抗弯强度为487 MPa、硬度值(HRA)为94.7、断裂韧性为5.83 MPa·m1/2的TiB2-TiC复相陶瓷。     

放电等离子合成Ti3AlC2-TiB2复合材料的相形成研究

采用放电等离子烧结工艺,以Ti,Al,B4C,Tic为原料制备Ti3AlC2/TiB2复合材料.通过X射线衍射分析了从600℃到1 300℃Ti3AlC2/TiB2系统反应过程的相形成规律.用扫描电镜观察了不同温度下试样的显微组织演变.结果表明,在900℃之前,主要的反应是Ti和AJ反应生成Ti-A1金属问化合物,900℃之后,Ti-Al金属问化合物与TiC逐渐生成Ti3AlC2和TiB2相,形成致密Ti3AlC2/TiB2复合材料.     

Ti3SiC2-SiC复合材料的耐磨擦磨损性能

以商用硅粉、碳粉、钛粉以及少量的铝粉为原料,利用放电等离子烧结技术原位反应制备了Ti3SiC2-SiC复合材料.利用盘销式摩擦磨损实验机测试了Ti3SiC2-SiC复合材料的耐摩擦磨损性能.结果表明:随着SiC含量的增加,材料相对于硬化钢的摩擦系数和磨损系数均呈下降趋势,这表明SiC的引入提高了复合材料的抗摩擦磨损性能.Ti3SiC2单相材料摩擦系数在0.8～1.0之间,而Ti3SiC2-40vol%SiC复合材料在稳态下的摩擦系数达到了0.5,Ti3SiC2-40vol%SiC复合材料相对于TisSiC2单相材料的磨损系数下降了一个数量级.Ti3SiC2-SiC复合材料的高抗磨损性归因于磨损类型的改变以及SiC良好的抗氧化性能.     

自反应喷射成形制备TiC—TiB2复合陶瓷

提出了一种新的低成本自反应喷射成形技术,制备出TiC-TiB2复合陶瓷材料坯件,研究了材料的组织结构对性能的影响.结果表明,反应喷射成形坯件的组织具有快速凝固特征,主要由浅灰色连续基体相TiC0.3N0.7、尺寸为100nm-1μm呈柱状分布的黑色颗粒TiB2,少量分布于基体相边界的白色相组织TiO2以及少量黑色的不规则孔洞四部分组成.喷射沉积坯件的孔隙率为2.3%,显微硬度为2029HV0.2,断裂韧性为6.0 MPa·m1/2.向喷射体系中添加20%(质量分数)的Al-Ni合金使材料的孔隙率下降到1.7%,断裂韧性提高到7.7 MPa·m1/2,显微硬度下降到1259HV0.2.由于自反应喷射成形坯件的晶粒细小,其断裂韧性高于反应烧结与自蔓延高温合成方法制备的TiC-TiB2复合陶瓷材料.     

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。     

Ti/Al2O3复合材料制备及其力学性能

利用放电等离子烧结(SPS)制备了性能优异的40%(体积分数)Ti/Al2O3复合材料,其弯曲强度、断裂韧性、显微硬度和相对密度分别为897.29MPa、17.38MPa·m1/2、17.13GPa和99.24%.SEM和HREM对复合材料的微观结构分析发现,晶粒细化、位错环强化等是材料强度提高的主要原因;裂纹的偏转和桥联是材料韧性提高的关键所在.     

B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料的力学性能和微观结构

采用热压法制备了B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料,分析了烧结工艺和TiC含量对B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响.当烧结参数为1900℃,45min,35MPa时,85.3%(质量分数,下同)B4C/10%TiC/4.7%Mo陶瓷复合材料的抗弯强度、韧性、硬度和相对密度分别为705MPa,3.82MPa·m1/2,20.6GPa,98.2%.添加的TiC在烧结过程中与B4C发生化学反应生成了TiB2,利用生成的TiB2与添加的Mo协同增韧补强B4C/TiC/Mo陶瓷复合材料.     

放电等离子烧结制备Ti3SiC2材料的研究

本文报道分别以Ti/Si/C,Ti/SiC/C为原料,采用放电等离子烧结工艺制备Ti3SiC2材料的研究结果.以元素单质粉为原料,掺加适量Al作助剂能加速Ti3SiC2的反应合成并提高材料的纯度,在1200～1250℃的温度下能制备出经XRD、SME和EDS表征不含TiC和SiC等杂质相的纯净TiSiC2材料.而以Ti/SiC/C为原料时,有无Al作助剂都难以制备出纯净的Ti3SiC2,其反应合成温度明显高于以元素单质粉为原料的.