TiB_2含量对原位反应合成TiB_2/B_4C复合材料的组织结构和力学性能的影响(英文)

以B4C,TiO2和石墨粉为原料,采用原位反应热压烧结工艺(2050℃,35MPa,1h)制备了致密的TiB2含量为10%～40%(体积分数)的TiB2/B4C复合材料,并对复合材料的组织结构和力学性能进行了研究。扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析结果表明:在B4C晶内及晶界处均匀分布着纳米或亚微米级的TiB2颗粒,随着TiB2含量的增加,弹性模量和断裂韧性明显增大,而弹性模量和抗弯强度却随之减小。40%(体积分数)TiB2/B4C复合材料具有高的断裂韧性,高达8.2MPam1/2,主要增韧机制由微裂纹增韧和裂纹偏转增韧。

烧结温度对原位反应TiB_2/B_4C复合材料的组织与力学性能的影响

为了降低B_4C的烧结温度,提高B_4C断裂韧性,本文以B_4C、TiO_2、活性炭为原料,采用原位反应法热压烧结制备了TiB_2体积分数为10％的TiB_2/B_4C复合材料。探索了烧结温度对复合材料组织和力学性能的影响规律。结果表明,随烧结温度的提高,复合材料的抗弯强度和断裂韧性先增大后减小,在2050℃时有最大值,分别为544MPa和6.3MPa·m^(1/2),弹性模量和断裂韧性变化不大。随烧结温度的升高,基体和第二相晶粒逐渐长大。采用2050℃/1h/35MPa为最佳烧结工艺。

等离子加热反应合成TiB_2-B_4C-Fe_3(C,B)复合材料研究

以Ti、B4C和Fe粉为原料,采用等离子束加热反应合成TiB2-B4C-Fe3(C,B)复合材料,并研究复合材料的物相、组织结构和显微硬度。结果表明:反应生成物相主要有TiB2、B4C以及Fe3(C,B)。由于等离子束的快速加热、冷却以及散热具有方向性,板条状TiB2晶粒沿散热最快的方向生长,与白色的Fe3(C,B)相间分布,未反应的B4C被挤压在板条之间;等离子束电流影响单位时间内输入试样的热量,电流越大越有利于TiB2的长大,但降低复合材料硬度。

共沉淀法原位合成无压烧结TiB_2/B_4C陶瓷复合材料

以TiCl4溶液和B4C粉末为主要原料,采用共沉淀、原位合成无压烧结技术制备了TiB2/B4C陶瓷复合材料。研究了原料配比、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、金相显微镜、扫描电镜等分析手段,分析了TiB2/B4C陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和断裂特征。研究结果表明:当成分质量配比TiB2:B4C为40:60时,材料最大相对密度为98.5%T.D;在最佳成分配比下,随着烧结温度的升高,原位合成制备的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3.17g/cm3,31.5GPa,381MPa和5.1MPa·m1/2。

TiB_2含量对B_4C-TiB_2-Al复合材料组织与力学性能的影响

通过在B_4C-TiB_2预烧体中真空熔渗Al制备了B_4C-TiB_2-Al复合材料,研究了TiB_2含量对复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明:B_4C-TiB_2-Al复合材料主要由B_4C,TiB_2,Al和Al_3BC等相组成;随着TiB_2含量的增加,复合材料的HRA硬度逐渐降低,抗弯强度逐渐增大,断裂韧性先增大后稍微降低,当TiB_2含量为40%(质量分数)时,复合材料的气孔率、硬度HRA、抗弯强度和断裂韧性分别为1.32%,80.3,559.4 MPa和7.83 MPa·m^(1/2);延性Al的加入、裂纹的偏转和分叉、B_4C和TiB_2晶粒的细化以及B_4C基体和TiB_2晶粒热膨胀的不匹配,是造成材料断裂韧性提高的主要原因;随着Al渗入量的增加,复合材料断口中金属撕裂棱及韧窝的比例增加.

热压C-SiC-B_4C-TiB_2复合材料的组织与力学性能

以磷片石墨Cfg,SiC,B4C和TiO2为原料,热压合成C-SiC-B4C-TiB2复合材料,研究不同Cfg含量和热压温度对复合材料显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:烧结过程中TiO2与B4C反应原位生成TiB2;复合材料的密度和抗弯强度随着热压温度的升高而增加,却随着Cfg含量的增加而降低,随着热压温度的升高和Cfg含量的增加,复合材料的断裂韧性则提高;在2 000℃,25 MPa下热压时,Cfg含量为20%(质量分数)的复合材料其体积密度为2.81 g/cm3,抗弯强度为236.7 MPa,断裂韧性为5.3 MPa.m1/2,Cfg含量为65%含量的复合材料的体积密度为2.42 g/cm3、抗弯强度为103.6 MPa、断裂韧性为8.1 MPa.m1/2;复合材料的致密化程度和陶瓷晶粒随热压温度的升高而增大,复合材料中Cfg层状分布结构随Cfg含量的增加更加明显;复合材料中Cfg弱界面分层诱导韧化作用及第二相TiB2和陶瓷基体热膨胀系数不匹配所产生的残余应力导致的裂纹偏转作用是复合材料断裂韧性提高的主要原因。

力学性能对B_4C/TiB_2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性的影响

采用压痕断裂力学研究了B4C/TiB2基陶瓷喷嘴(B4C/TiB2/Mo和B4C/TiB2/Al2O3)力学性能对抗冲蚀特性的影响,从力学的角度分析了采用SiC磨料和Al2O3磨料时,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性产生显著差异的原因。结果表明,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的体积冲蚀磨损率随lnH和lnKIC增加呈线性降低;ln(Hp/H)=1.1是B4C/TiB2基陶瓷喷嘴软硬颗粒磨损的分界线。当使用SiC作为磨料时冲蚀磨损较为严重,因为ln(Hp/H)>1.1,即SiC对于B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的冲蚀磨损为硬颗粒磨损;而Al2O3磨料造成冲蚀磨损较轻,因为ln(Hp/H)<1.1,此时的磨损属于软颗粒磨损。

B_4C量对TiC-TiB_2颗粒增强金属基复合材料涂层制备的影响

对Al-B4C体系下B4C的量与原位内生TiC-TiB2颗粒增强金属基复合材料涂层制备之间的关系进行了研究。结果表明,Al:B4C质量比大于9:1可制备出高质量的TiC-TiB2颗粒增强金属基复合材料涂层,提高Al:B4C质量比虽有利于涂层的制备,但不利于涂层中增强相体积分数的提高。Al在涂层制备过程中的作用主要是降低单位体积内参加反应物的量、降低生成TiC-TiB2反应的门槛温度和充当除氧剂的作用,为涂层的制备提供了一种更加便利的途径。

原位反应生成TiB_2对B_4C/TiB_2复合陶瓷力学性能和结构的影响

研究了原位反应生成TiB2对B4C/TiB2复合陶瓷维氏硬度、断裂韧度、抗弯强度和微观结构的影响。结果表明,适量TiB2的生成可以抑制B4 C/TiB2复合陶瓷晶粒的长大,可使材料获得均匀致密的显微组织结构;而且原位反应的发生促使B4 C/TiB2复合陶瓷断裂机制由穿晶断裂为主转变为穿晶与沿晶结合的断裂机制。B4 C和TiB2晶粒尺寸都随着原位生成TiB2含量的增加而降低。B4C/TiB2复合陶瓷的抗弯强度随晶粒增大而降低,其断裂韧度随晶粒尺寸的变化关系较为复杂,这种变化关系主要与断裂韧度对裂纹扩展路径长度的依赖性有关,本文利用裂纹扩展阻力(R)曲线的斜率解释了这种变化。

B_4C/TiB_2层状复合陶瓷的制备与性能研究

以工业碳化硼和硼化钛粉末作为原料,采用水基流延成型和热压烧结方法制备了B4C/TiB2层状复合陶瓷。研究了层厚比、层数和B4C/(1-X)wt%TiB2+Xwt%B4C层状复合陶瓷的夹层组分与力学性能之间的关系。探讨了B4C/(1-X)wt%+Xwt%B4C层状复合陶瓷的增韧机理。

TiB_2含量和烧结温度对B_4C/Al_2O_3基复合陶瓷的影响

利用原位反应热压工艺制备了B4C/Al2O3基复合陶瓷,研究了TiB2含量和烧结温度对B4C/Al2O3基复合陶瓷力学性能和微观结构的影响。结果表明,当TiB2含量低于8.7%时,随原位反应生成的TiB2含量的增加,有效的促进了B4C/Al2O3/TiB2复合陶瓷的烧结,提高相对密度,改善了力学性能。当烧结温度低于1900℃时,其力学性能随烧结温度增加而提高;当超过1900℃时,其力学性能随烧结温度的提高而降低。在1900℃,60 min时,B4C/Al2O3/TiB2复合陶瓷获得最佳综合力学性能,其硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为24.8 GPa、4.82 MPa.m1/2和445.2 MPa。

B_4C-TiB_2复相陶瓷材料的研究进展

往B4C中添加适量TiB2形成B4C-TiB2复相陶瓷既可以保留B4C的超硬、低密度等优良性能,又可通过提高陶瓷材料的致密度来改进材料的力学性能,还可降低材料的电阻率使其满足电火花加工的要求,因此B4C-TiB2复相陶瓷是最具有潜力的一类B4C基复合材料。本文从粉体制备、烧结致密化、显微结构、力学性能、电学及加工性能等方面就B4C-TiB2复相陶瓷的最新研究进展作了系统的阐述并对其发展方向做了展望。

B_4C/TiB_2复相陶瓷材料的研究进展

综述了B_4C/TiB_2复相陶瓷的烧结工艺,以及原料粉体粒径和第三组元对复相陶瓷性能的研究进展。对比了热压烧结、放电等离子烧结和无压反应烧结B_4C/TiB_2复相陶瓷相对密度和力学性能的差别,比较了三种烧结工艺的优缺点;总结了多种金属单质、金属氧化物、碳、过渡金属碳化物等第三组元,以及粉体粒径对复相陶瓷烧结工艺性等性能的影响规律;展望了B_4C/TiB_2复相陶瓷制备技术的发展趋势。

原位合成TiB_2对B_4C/2024Al合金复合材料组织与力学性能的影响

在B4C粉末中加入5%高纯TiO2,经过压制和烧结制备B4C-TiB2陶瓷预制体,然后在氩气气氛中1 200℃下浸渗2024铝合金制得B4C-TiB2/Al合金复合材料。对该复合材料进行力学性能测试、X射线衍射分析、显微组织观察和断口分析。结果表明:该复合材料主要由B4C,Al,Al3BC和AlB2相组成,原位合成的TiB2使B4C/Al合金复合材料的抗弯强度和断裂韧性显著提高,分别达到361 MPa和7.49 MPa m1/2,增幅分别为14.6%和11.5%,但密度变化很小。原位合成TiB2使B4C/Al合金复合材料的抗弯强度和断裂韧性提高主要来源于金属铝塑性变形的裂纹桥接机制、TiB2细化晶粒及微裂纹引起的主裂纹偏转分叉机制。

碳热还原法合成B_4C及B_4C/TiB_2复合粉末的研究

以工业硼酸、碳黑及TiO_2为原料,经碳热还原法于1650～1800℃合成了纯B_4C及TiB_2含量分别为10～20vol％的B_4C/TiB_2复合粉末,同时确定了原料B/C摩尔比,进行了热力学分析并探讨了球磨工艺、TiB_2的生成对粉末合成的影响。结果表明:原料及产物的B/C摩尔比分别为4.4和3.98～4.03,产物纯度均大于99wt％;湿法球磨可迅速消除粉末的团聚现象,降低原始粉末的粒度,TiB_2颗粒较均匀分散于B_4C中,呈近圆片状,TiB_2的生成有助于降低B_4C/TiB_2的合成温度,由1800℃降至1650℃,并改善了B_4C的颗粒形状,由无定形态变为近球形及条状。

前驱体法制备B_4C-TiB_2复相陶瓷及其性能研究

以B_4C粉、钛酸四丁酯为主要原料,通过烧结过程中的原位反应,在2100℃热压烧结制备了B_4C- TiB_2复相陶瓷。分别采用XRD和SEM分析了其物相组成和显微结构,并测试了其致密度和力学性能。结果表明,在B_4C基体中生成了弥散分布的超细TiB_2颗粒,TiB_2的引入使样品的致密度提高。添加2vol%TiB_2的样品的硬度、抗弯强度、弹性模量和断裂韧性分别达到了31GPa、586.6MPa、408.7GPa和7.61 MPa·m^(1/2),比相同条件下制备的碳化硼单相陶瓷均有提高。

热压合成C-B_4C(TiB_2)-SiC复合材料的氧化行为

以1950℃下原位合成热压烧结生成的C-B4C(TiB2)-SiC复合材料在600℃,800℃,1000℃,1200℃,1400℃空气中的恒温氧化行为,TG/DTA实验为基础,结合材料的显微结构,研究了不同温度区间复合材料在静态空气中的氧化机理,计算出氧化反应激活能,并对氧化层表面的相组成形貌以及氧化层剖面的显微组织进行了分析。结果表明该复合材料的氧化动力学曲线主要为抛物线形。扫描电镜照片显示氧化剖面层分成3层,不同的氧化温度,其表面氧化膜有不同的缺陷。

TiB2-B4C复合陶瓷动态压缩特性研究

为分析TiB2-B4C复合陶瓷的静动态力学性能及添加剂TiB2的影响机制,设计了静动态压缩实验和平板撞击实验,开展了复合陶瓷在不同应变率下的动态压缩特性研究。结果表明:一维应力波加载下TiB2-B4C复合材料具有陶瓷材料的脆性特征,应力-应变曲线呈典型的线性关系;由一维应变加载下试样的自由面速度历程可知,复合材料的Hugoniot弹性极限在14.98~16.91 GPa之间,且随着应变率的增加而增加;应变率低于103s-1时,TiB2-B4C复合材料的动态压缩强度高于单相B4C和单相TiB2陶瓷,且具有正相关的应变率敏感性,复合材料强度的提升得益于微观结构的改善,而应变率敏感性主要受添加剂TiB2的强化增韧媒介影响;然而,应变率高于104s-1时,TiB2-B4C复合材料的Hugoniot弹性极限接近基体B4C陶瓷,而受添加剂TiB2的影响较小。

TiB2-B4C陶瓷复合材料高压烧结与性能表征

在5.0 GPa及1500~2000℃的压力和温度条件下,采用高压烧结的方法制备了B4C含量分别为10%和30%的TiB2-B4C陶瓷复合材料。对TiB2-B4C陶瓷复合材料的物相、显微结构、密度、硬度、热导率、电阻率等进行了分析。结果表明:材料在高压下没有发现化学反应生成新的相;TiB2-B4C陶瓷复合材料具有较高的致密性,没有明显的气孔;TiB2-30%B4C在1800℃下硬度最高,在4.9 N载荷下可达27.8 GPa,在9.8 N载荷下可达24.3 GPa;在常温下,热导率可达30.42 W/(m·K)。

B4C-TiB2复相陶瓷材料研究进展

B4C-TiB2复相陶瓷材料既具有B4C的高硬度和低密度,又具有TiB2的高韧性和导电性,是一种极具应用前景的复相陶瓷材料,并受到广泛关注。在此类材料中同时获得高韧性和高硬度一直是材料领域的迫切需求,同时也是巨大挑战。针对近年来日益丰富的B4C-TiB2复相陶瓷材料研究,围绕B4C-TiB2复相材料致密性及增韧相含量,晶粒尺寸,第三相组元等增强增韧三个关键因素,对目前B4C-TiB2复相陶瓷材料的研究进展作了阐述。认为高致密性和适当的增韧相含量(≤15%)是获得均衡的硬度和韧性的必要条件;晶粒细化能促使B4C与TiB2间晶界的强化以及沿晶断裂模式增多,继而提升材料的硬度和韧性;第三相组元的引入有助于材料致密度的提升和微观结构的优化,从而改善B4C-TiB2复相陶瓷材料的硬度和韧性。