TiB-,2--Al-,2-O-,3-復相陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、TiB2陶瓷除了具有高的硬度和彈性模量外，還表現(xiàn)出了一系列良好的特性，如導電性、高熔點、耐磨損、重量輕以及高化學穩(wěn)定性，其應用前景十分廣闊。但是TiB2材料較高的制備成本以及較差的燒結性為材料應用帶來了困難，同時TiB2的常溫脆性也阻礙了它的實際應用。制備復相陶瓷、添加燒結助劑以及應用先進的成型和燒結技術被認為是提高TiB2材料的力學性能、改善其燒結性能和降低制備成本的重要方法。 本文采用Al2O3為第二相，以Y2O3和金屬Ni

2、為燒結助劑，通過不同混料方式、冷等靜壓成型(CIP)并最終采用低壓氣壓燒結技術(GPS)，研究了第二相的加入及燒結助劑在不同工藝條件下對材料燒結性能及產(chǎn)物結構和性能的影響，為低成本批量化二硼化鈦材料的制備工藝優(yōu)化提供了理論基礎。 采用Y2O3為助燒劑，應用噴霧干燥技術和冷等靜壓成型，在1700℃-1900℃進行氣壓燒結制備TiB2-Al2O3復相陶瓷。結果表明第二相的加入在一定程度上改善了材料的燒結性能，在1900℃、壓力8MP

3、a的條件下，加入50wt％Al2O3，燒結體的相對密度為96％。材料的微觀結構分析表明，在燒結過程中主要是以流動傳質(zhì)和擴散傳質(zhì)的固相燒結機制為主，材料中二硼化鈦和氧化鋁出現(xiàn)了局域聚集的現(xiàn)象。這主要是由于在此燒結溫度下，氧化鋁比二硼化鈦更容易遷移生長。殘余孔隙主要集中在二硼化鈦聚集區(qū)。燒結助劑Y2O3與Al2O3在1800℃時生成了YAG(Y3Al5O12)，主要分布在氧化鋁和二硼化鈦接觸面及部分TiB2聚集區(qū)域的孔隙中，促進了材料的致密

4、化。但燒結過程中YAG量的設計仍是一個有待研究的問題。 以金屬Ni為助燒劑，采用干混方式混料和冷等靜壓成型，用氣壓燒結方法制備了TiB2-Al2O3復相陶瓷，研究了Ni含量、Al2O3含量和燒結工藝參數(shù)對材料的致密化過程、顯微結構和力學性能的影響，確定了最佳的氣壓燒結工藝。實驗結果表明：金屬Ni的助燒機理是在Ni的熔點之上(大于1550℃)形成粘度較低的液相，在燒結過程中，通過以溶解-沉淀機制為主的液相燒結方式，有效地促進了樣品

5、的致密化。由于氣氛的存在抑制了液相的揮發(fā)，但過早引入氣體，在氣氛燒結中會產(chǎn)生部分氣體被包裹的現(xiàn)象，阻礙了樣品的致密化過程。通過研究不同Al2O3含量樣品的顯微結構與力學性能的關系，結果表明，由于金屬Ni和二硼化鈦及氧化鋁均具有較好的潤濕性，燒結產(chǎn)物中Ni的分布表現(xiàn)了很好的均勻性。同時隨著燒結溫度的降低，二硼化鈦和氧化鋁晶粒的生長受到了明顯的抑制。隨著Al2O3含量的增加，材料的密實度、抗彎強度、斷裂韌性和電阻率增加，維氏硬度降低，彈性模

6、量在30％Al2O3時出現(xiàn)峰值，洛氏硬度變化不大。加入30％Al2O3，以2.5％Ni作助燒劑，采用1550℃ 1h，0.5Mpa+1750℃1h，8Mpa的氣壓燒結工藝，可以得到顯微結構均勻，性能較好的復相陶瓷，其抗彎強度可達520MPa，彈性模量達339GPa，洛氏硬度達92.6 HRA。對材料韌性的研究結果表明，隨著Al2O3含量的增加，TiB2晶粒的細化，裂紋的擴展偏轉(zhuǎn)增多。在20％Al2O3的樣品中，由于TiB2晶粒較大，裂紋