【摘 要】
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碳化硼陶瓷因其具有超高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等特性,因而在机械、化学、冶金、军工等领域具有广泛的应用前景。但是碳化硼陶瓷很难通过烧结致密化。目前B4C的烧结致密化
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碳化硼陶瓷因其具有超高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等特性,因而在机械、化学、冶金、军工等领域具有广泛的应用前景。但是碳化硼陶瓷很难通过烧结致密化。目前B4C的烧结致密化主要通过热压过程来实现,这就大大提高了制造成本。另外,由于其断裂韧性较低(<2.2MPa·m1/2),耐冲击性差,从而限制了它的应用范围。
本实验在无压烧结条件下,采用共沉淀、原位生成技术,以TiCl4溶液和B4C粉末为主要原料制备了TiB2/B4C陶瓷复合材料。研究了TiO2/B4C复合粉体的合成机理和原料配比、烧结温度对TiB2/B4C陶瓷复合材料的烧结性能、显微组织和力学性能的影响。通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析手段,分析了TiB2/B4C陶瓷复合材料的物相组成、晶粒大小和增强、增韧的机制。
通过TEM分析结果表明:当pH值为5;氨水的滴定速度为2ml/min条件下,Ti(OH)4包覆B4C效果良好。
通过XRD分析及不同烧结温度下陶瓷复合材料相对密度的测试表明:最佳的预烧温度为1500℃×1h,并且在该工艺条件下材料只有TiB2和B4C两种物相;最佳的成分配比为wt%TiO2:B4C为40:60;最大相对密度为98.5%T.D。
在最佳成分配比下,实验结果表明:随着烧结温度的升高原位合成工艺制备的TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度均为先升高后降低,材料的最佳烧结工艺为2050℃×1h。在最佳烧结工艺下,TiB2/B4C陶瓷复合材料的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性达到最佳值分别为3.174g/cm3、31.5GPa、381MPa和5.1MPa·m1/2。
通过对TiB2/B4C陶瓷复合材料显微组织、断口形貌、TEM形貌及材料力学性能的综合分析,表明B4C和TiB2颗粒之间由于热膨胀系数不匹配产生的残余应力可引起的裂纹偏转、晶粒拔出和晶间纳米TiB2颗粒是TiB2/B4C陶瓷复合材料的主要增强、增韧机理,这些因素使得TiB2/B4C陶瓷复合材料的抗弯强度及断裂韧性比单一B44C陶瓷有了较大的提高。
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