TiC-Al2O3復相陶瓷增強Fe基復合材料的制備及性能研究.pdf

1、本試驗通過熱爆炸合成反應(TE)和準熱等靜壓(PHIP)結(jié)合即TE/PHIP同步法,在高真空條件下,以Ti-TiO2-Al-C-Fe體系為原料,燃燒合成TiC-Al2O3復相顆粒增強Fe基復合材料。研究發(fā)現(xiàn),影響復合材料組織和性能的主要因素有預制樣密度、熱壓燒結(jié)壓力和反應放熱值的大小等。增加預制樣的密度和熱壓燒結(jié)壓力以及減小合成反應放熱值有利于提高復合材料的綜合性能。
　　對此體系進行熱力學計算分析表明,此體系吉布斯自由能小于零,

2、反應可自發(fā)進行;合成反應能放出大量的熱,反應劇烈。模擬合成反應產(chǎn)物與實驗結(jié)果對比,表明通過模擬合成反應結(jié)果對預測實驗生成物能起到有效的指導作用。
　　采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)分析手段,較系統(tǒng)地研究了復合材料的物相、微觀結(jié)構(gòu)及成分組成。結(jié)果表明:反應產(chǎn)物主要組成為TiC、Al2O3和Fe,伴隨有少量的FexC和TiOx復雜化合物;TiC形狀呈細小顆粒狀,與Fe結(jié)合較好;Al2O3以大塊顆粒存在

3、,局部異常長大;Fe作為粘結(jié)相分布于合成的TiC顆粒之間以及合成材料的空隙中,Fe對TiC的結(jié)合性能較Al2O3要好。原位合成的硬質(zhì)增強顆粒減小了傳統(tǒng)工藝的界面污染等問題。
　　復合材料顯微組織中的主要缺陷是空隙和微裂紋。空隙的主要來源是預制樣自身空隙、合成反應原料在反應過程中釋放的氣體、雜質(zhì)及低熔點物質(zhì)揮發(fā)后的殘留空隙;通過提高預制樣密度和增加合成反應過程中的熱壓壓力可以有效減少復合材料的孔隙率。隨Fe含量的增加,復合材料呈現(xiàn)韌

4、性特征,孔隙率也逐漸減小。采用阿基米德排水法測量孔隙率和密度,表明閉孔是空隙的主要存在形式?？障洞笮『头植贾饕绊懺嚇拥哪p性能和硬度。
　　通過對試樣的磨損性能試驗表明,磨損率隨著Fe含量的增大呈現(xiàn)先減小而后增加的規(guī)律。試樣在細磨料時的磨損量小于粗磨料時的磨損量。硬質(zhì)相的脫落是低Fe含量復合材料磨損的主要形式。
　　基于目前的研究成果,提出本體系復合材料優(yōu)化途徑:(1)增加預制樣密度;(2)提高熱壓壓力;(3)減小體系反應