SPS技術(shù)燒結(jié)制備鈦鋁碳陶瓷復(fù)合材料.pdf

1、本論文利用放電等離子快速燒結(jié)新技術(shù)制備了一系列的鈦鋁碳陶瓷復(fù)合材料，然后采用熱重分析儀、X-射線衍射儀、電子掃描電鏡、固體密度儀、磨耗比測量儀和維氏硬度計等測試設(shè)備，對樣品的物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、磨耗比和硬度等性能進(jìn)行了相應(yīng)的表征分析。主要的研究內(nèi)容包括如下四個方面：
　　（1）當(dāng)cBN含量范圍為10~40wt％，隨著cBN含量的降低，合成復(fù)合材料的密度和硬度均增大。在燒結(jié)溫度區(qū)間1200~1300℃，提高燒結(jié)溫度制得復(fù)合材料的相對

2、密度和硬度增大，微觀形貌圖表明cBN晶形完整且以鑲嵌的方式存在于基體中；在燒結(jié)溫度為1400℃時，cBN加劇軟化且晶粒表面生成了較厚過渡層(AlN和TiB2)，過渡層過厚會降低復(fù)合材料的力學(xué)性能；提高溫度為1500℃時，復(fù)合材料的密度和硬度降低，微觀形貌圖表明cBN顆粒受到鈦鋁碳嚴(yán)重腐蝕且出現(xiàn)碎裂，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能惡化。當(dāng)cBN含量為10wt%時，在溫度區(qū)間1200~1300℃和壓力30MPa條件下，制得復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)異，密

3、度高達(dá)4.33g/cm3，硬度高達(dá)3000HV1，磨耗比為4.8。
　　（2）在燒結(jié)溫度1200℃和壓力30MPa條件下，當(dāng)金剛石含量為50~60wt%時，金剛石含量偏高導(dǎo)致復(fù)合材料中存在大量空洞，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)合材料的密度和硬度降低。當(dāng)金剛石含量為30wt%和40wt%時，復(fù)合材料具有較高的密度和硬度，且石墨化程度較低，提高燒結(jié)溫度為1400℃，發(fā)現(xiàn)金剛石顆粒表面出現(xiàn)較厚的石墨層，金剛石的衍射峰減弱，且石墨衍射峰明顯增強。提高溫度為

4、1500℃時，金剛石衍射峰消失，石墨衍射峰最強，微觀形貌圖中金剛石失去了規(guī)則晶體形狀，復(fù)合材料的硬度和密度降為最低。在燒結(jié)溫度為1100~1200℃和壓力30MPa條件下，當(dāng)金剛石含量為40wt%時，制得樣品中金剛石石墨化程度較低且晶形完整，金剛石顆粒被完全包覆，樣品密度約3.73g/cm3，磨耗比高達(dá)1550。
　?。?）將二硼化鈦和鈦鋁碳微粉混合均勻后，在燒結(jié)溫度區(qū)間1200~1600℃和壓力30~70MPa條件下制得二硼化鈦

5、/鈦鋁碳陶瓷復(fù)合材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在壓力30MPa條件下，添加二硼化鈦含量為70~90wt%時，制得的陶瓷復(fù)合材料的微觀形貌中存在較多空洞，密度偏低，硬度低于670HV1；當(dāng)添加的二硼化鈦含量為60wt%時，在燒結(jié)溫度1200℃條件下制得復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)中空洞數(shù)量降低且空徑變小，硬度高達(dá)1070HV1；當(dāng)燒結(jié)溫度為1600℃時，制得復(fù)合材料60TiB2的微觀形貌中空洞消失，密度高達(dá)4.39g/cm3，硬度約2300HV1，磨耗比約1.1。

6、
　?。?）采用氧化鋁和鈦鋁碳微粉為原料制備氧化鋁/鈦鋁碳陶瓷復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)降低Al2O3的含量，復(fù)合材料的密度增大。當(dāng)制得復(fù)合材料的密度小于3.84g/cm3時，樣品均表現(xiàn)為硬度偏低且微觀形貌致密性較差；當(dāng)Al2O3含量為60wt%時，在低溫1100℃就可以得到較高的密度和硬度，復(fù)合材材料60Al2O3的微觀結(jié)構(gòu)致密，但仍存在微量的空洞；提高燒結(jié)溫度為1400℃和50MPa條件下，制得復(fù)合材料60Al2O3的微觀結(jié)構(gòu)的致密度