自反应喷射成型TiC-TiB_2基结构陶瓷材料及其可行性分析

借助具有快速凝固特点的金属喷射成型思想,引入自蔓延高温合成技术,开发了一种制备新结构陶瓷材料的低成本、近终成型方法——自反应喷射成型陶瓷材料技术,并利用该技术制备了TiC-TiB2基结构陶瓷材料。通过理论分析与初步实验研究,论证了其可行性,并分析了材料的组织结构。

自反应喷射成型复相结构陶瓷的组织与性能

以Ti粉、B4C粉和蔗糖(C的前驱体)为原料,制备了Ti(C,N)-TiB2复相结构陶瓷坯件,分析了陶瓷坯件的组织结构与性能。研究得出,该复相结构陶瓷的组织为典型的多相非均质结构,主要由Ti(C0.7,N0.3)、TiC、TiN、TiB2、TiO2、Ti2O等各相组成,其中,Ti(C0.7,N0.3)相在整个坯件中广泛分布,构成坯件组织的基体,TiC、TiN和TiB2等相分布在基体相之中,它们之间界面良好,组织致密,而Ti2O、TiO2等副产物相结构较为松疏,周围伴有气孔等缺陷。喷射沉积坯件的孔隙率为2.9%,显微硬度(HV0.2)为19450MPa,断裂韧性为6.0MPa.m1/2。

自反应喷射成型复相陶瓷中的飞行粒子燃烧反应研究

基于Ti-B4C-蔗糖体系,自反应喷射成型了Ti(C,N)-TiB2复相陶瓷坯件,通过淬熄试验和碰撞试验,研究了喷射粒子的飞行燃烧与自蔓延反应特性.研究表明,在喷射过程中,喷射粒子在火焰场中经历受热、表面熔融、反应转化过程形成陶瓷熔滴;反应始于Ti的熔化,在整个喷射过程中伴有Ti的氮化和氧化;各喷射粒子独立地构成微自蔓延反应单元,整个喷射体系及过程不存在宏观的燃烧波和燃烧界面的移动;每个喷射粒子按自己的飞行轨迹,在不同时段发生自蔓延反应与转变,反应与转化程度主要取决于喷射粒子的尺寸与温度,粒度适宜、温度较高的粒子均转变为陶瓷液滴;所得喷射沉积坯件的致密度为97.7%,显微硬度为2029HV0.2,断裂韧性达6.0MPa.m1/2.

铝包镍合金粉对自反应喷射成型Ti(C,N)-TiB_2基陶瓷坯件硬度的影响

以Ti+B4C+C为主体系,通过添加铝包镍合金粉,采用自反应喷射成型法制备了Ti(C,N)-TiB2基复相陶瓷材料,研究了铝包镍合金粉含量对自反应喷射成型Ti(C,N)-TiB2基陶瓷坯件硬度的影响。对坯件的空隙率进行了定量金相分析,对合成的复合材料进行了XRD分析,用SEM观察了材料组织形貌,并测试了硬度。研究表明,添加铝包镍合金粉后,氧化物相由有害的TiO2变为了硬质相Al2O3,并引入了副产物相TiAl3、TiNi3与Ti3AlC。添加合适比例的铝包镍合金粉能够在降低Ti(C,N)-TiB2复相陶瓷坯件孔隙率的同时提高坯件的硬度。