TiAl/B<,4>C复合材料的制备及其性能研究
碳化硼陶瓷相对密度小(2.52g/cm3)、硬度高、强度高、耐磨损，Ti-Al有序金属间化合物性能介于金属和陶瓷之间的一种新型半陶瓷材料，由于其原子的长程有序排列以及金属键和共价键的共存性，在力学性能上填补了陶瓷和金属之间的材料空白区域，具有优异的抗氧化性、抗硫化腐蚀性和较高的高温强度，密度较小，比强度较高，作为陶瓷的粘结相具有更为突出的优点。B4C陶瓷基体耐磨、抗腐蚀并具有高的高温强度，而Ti-Al金属间化合物通过裂纹桥连作用改善韧性，两者形成的复合材料即可充分发挥组分各自的优点而具有优异的力学性能。
基于以上，本文以B4C陶瓷为基体，用Ti-Al金属间化合物作为B4C陶瓷的粘结相，对B4C陶瓷进行强化活化烧结，通过控制组分和工艺过程，制备成分均匀的Ti-Al/B4C复合材料，并对复合材料制备工艺、力学性能、微观结构、相组成、增韧机制等进行了评估。
利用机械合金化工艺制备了TiAl、Ti3Al粉体，并通过XRD、TEM等分析方法对机械合金化及低温退火过程中的组织结构演变、微观结构予以表征和测试。结果发现，机械合金化过程是一个反复的变形、冷焊、镦粗、断裂过程，Ti-Al混合粉末经过强烈的机械球磨，晶体的结构、形貌发生很大的变化。随着球磨时间的增加，Ti、Al衍射峰强度逐渐降低，半峰宽逐渐增加，在机械力作用下球磨后的粉末失去了原来的晶型形貌。球磨20小时后的粉体经过600℃热处理后完全转变为Ti-Al和Ti3Al金属间化合物。
通过对基体B4C和主要增强相Ti-Al系金属间化合物热力学计算分析了烧结的可行性，通过对Ti-Al/B4C复合材料性能及微观结构的研究确定了复合材料的制备工艺。分别使用不同含量的TiAl和Ti3Al及其双相组织作为粘结剂加入到复合材料中，通过烧结体力学性能的比较，确定最佳用量。结果表明：Ti-Al系IMC的加入可以对B4C陶瓷起到增韧补强的作用，二者可有机结合实现两元互补增韧补强；实验中制得最佳复合材料成分配比为20wt％Ti3Al+80wt％B4C，在1680℃下烧结，其弯曲强度为580.34MPa，断裂韧性为8.07MPa·m1/2，硬度HRA94.1。
碳化硼陶瓷;机械合金化;碳化硼;热压烧结;制备工艺
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
尹衍升
2009
中文
TQ174.758.2
92
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）