原位合成(TiC+TiB)-Ti基復(fù)合材料熱力學(xué)及組織性能研究.pdf

1、本論文采用純鈦粉末、B4C粉末為原料，通過高能球磨工藝和真空熱壓燒結(jié)工藝分別在1200℃、1300℃、1400℃的燒結(jié)溫度制備不同增強(qiáng)相含量的(TiB+TiC)/Ti復(fù)合材料，復(fù)合材料中增強(qiáng)體(TiC+TiB)體積含量分別為5vol.％，10vol.%和15vol.%。從熱力學(xué)的角度研究原位反應(yīng)的可行性，系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度和增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)對(TiC+TiB)/Ti復(fù)合材料組織和性能的影響規(guī)律，研究了燒結(jié)溫度和增強(qiáng)相含量對復(fù)合材料組織和性

2、能的影響規(guī)律。
　　對Ti-B4C體系內(nèi)涉及到的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算表明，在1155K~1800K區(qū)間內(nèi)，Ti-B4C體系中反應(yīng)3Ti+B4C=TiC+2TiB2及反應(yīng)5Ti+B4C=TiC+4TiB1155K~1800K內(nèi)的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，其中5Ti+B4C=TiC+4TiB的吉布斯自由能以及生成焓更低，表明該溫度范圍內(nèi)生成TiB的反應(yīng)更優(yōu)先。在1155K~1800K區(qū)間內(nèi)，當(dāng)反應(yīng)物中有Ti過剩時(shí)，TiB2是不能穩(wěn)定存在的，

3、過量的鈦粉會通過反應(yīng)Ti+ TiB2=2TiB使TiB2轉(zhuǎn)變成TiB。因此在1155K~1800K內(nèi)利用Ti-B4C體系反應(yīng)制備（TiC+TiB）增強(qiáng)原位自生鈦基復(fù)合材料是完全可行的。
　　對原材料混分工藝的探索性研究得出最佳的球磨工藝參數(shù)為：球料比5：1，轉(zhuǎn)速300rpm，時(shí)間12h，加入控制劑為酒精6ml。熱壓燒結(jié)工藝的研究結(jié)果表明，復(fù)合材料組成一定時(shí)燒結(jié)溫度的升高有利于物相之間的擴(kuò)散混合，使復(fù)合材料的致密度也有所提高。相同燒

4、結(jié)溫度下，隨著增強(qiáng)相含量的增加復(fù)合材料致密度呈下降的趨勢。復(fù)合材料中原位自生TiB與TiC可顯著提高復(fù)合材料的硬度，1400℃燒結(jié)成型的復(fù)合材料隨增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)的增加，其硬度值分別達(dá)到HRC30.37、39.46、44.82。
　　熱壓燒結(jié)復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度有明顯提高。1400℃燒結(jié)時(shí)隨增強(qiáng)相含量的增加其壓縮屈服強(qiáng)度分別為775MPa、870MPa、820MPa，壓縮率分別為10.3%、7.6%、8.2%；增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)