TiN1-x與共價(jià)化合物界面區(qū)域反應(yīng)及PcBN制備研究.pdf

1、TiN等過渡金屬碳化物與氮化物由于其優(yōu)異的物化性質(zhì)與力學(xué)性能在工程技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過機(jī)械合金化（MA）合成了高濃度N空位缺陷結(jié)構(gòu)的非化學(xué)計(jì)量比TiN1-x（0.3<1-x<0.5）納米晶超細(xì)粉體。研究了TiN1-x與AlN界面區(qū)域的擴(kuò)散反應(yīng)，和TiN1-x與過渡金屬碳化物（VC，NbC，Mo2C，和TaC）的固溶反應(yīng)，以及由此帶來的材料結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能變化。TiN1-x與多種過渡金屬碳化物、氮化物復(fù)合制備了適用于高速與高溫

2、條件下的聚晶立方氮化硼（PcBN）干切削刀具材料。
　　采用放電等離子體燒結(jié)（SPS）方法和超高壓高溫?zé)Y(jié)（HPHT）方法實(shí)現(xiàn)了TiN1-x粉體的致密化燒結(jié)。N空位缺陷引起TiN1-x晶體結(jié)構(gòu)中強(qiáng)共價(jià)鍵性降低，燒結(jié)過程中粉體表面能與應(yīng)力能的釋放，成分微觀不均勻性與N空位相互作用，以及MA造成的晶體缺陷等，多種機(jī)制共同作用導(dǎo)致了TiN1-x粉體燒結(jié)活性提高。
　　高濃度N空位缺陷結(jié)構(gòu)導(dǎo)致TiN0.3與AlN界面區(qū)域反應(yīng)的發(fā)生并

3、形成復(fù)雜的界面結(jié)構(gòu)。界面反應(yīng)區(qū)域包含連續(xù)層狀化學(xué)計(jì)量比TiN單相區(qū)和新生成的AlN晶粒彌散分布于TiN1-x基體中的多相區(qū)，新生成的AlN通過晶內(nèi)型結(jié)構(gòu)與TiN1-x形成共格界面。N空位形成的濃度差使AlN在高溫作用下分解并釋放自由N原子和Al原子，N原子擴(kuò)散進(jìn)入TiN0.3并占據(jù)N空位生成TiN與TiN1-x，Al原子擴(kuò)散穿過TiN在TiN1-x內(nèi)生成AlN。界面區(qū)域反應(yīng)與反應(yīng)程度受N空位缺陷濃度與溫度的控制，高溫條件下TiN1-x在

4、高濃度N空位缺陷狀態(tài)與AlN發(fā)生反應(yīng)并在低濃度N空位缺陷狀態(tài)反應(yīng)系統(tǒng)保持平衡。界面區(qū)域反應(yīng)導(dǎo)致TiN0.3/AlN復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能巨大變化，新生成AlN的第二相顆粒增韌效果，復(fù)雜界面結(jié)構(gòu)，晶內(nèi)型結(jié)構(gòu)，和共格界面結(jié)構(gòu)對(duì)裂紋擴(kuò)展造成阻礙，多種原因提高了TiN0.3/AlN復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　TiN0.3與強(qiáng)共價(jià)鍵過渡金屬碳化物在高濃度N空位缺陷結(jié)構(gòu)與溫度的作用下，發(fā)生類似于TiN0.3與AlN界面區(qū)域的元素?cái)U(kuò)散。TiN

5、0.3與VC，Mo2C，TaC，和NbC混合燒結(jié)產(chǎn)生不同程度固溶，分別形成均一面心立方（fcc）結(jié)構(gòu)的(Ti,V)(C,N)，(Ti,Mo)(C,N)，(Ti,Ta)(C,N)和(Ti,Nb)(C,N)。多元過渡金屬碳氮化物的力學(xué)性能普遍高于任意單一組分的化合物。共價(jià)鍵晶體結(jié)構(gòu)中多種原子的尺度效應(yīng)形成了高密度的晶格畸變和復(fù)雜的應(yīng)力場(chǎng)，解理面的復(fù)雜化及復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng)與裂紋尖端應(yīng)力交互作用分散了應(yīng)力集中并對(duì)裂紋的擴(kuò)展造成了阻礙，使材料的力學(xué)性能