原位合成TiB_2-SiC基复相陶瓷高温磨损断裂力学特性的研究

在SiC基体中,用TiC和B4C为原料采用固相反应原理原位合成了高温自润滑TiB2-SiC基复相陶瓷,提高了SiC陶瓷高温摩擦学性能;高温摩擦氧化是TiB2-SiC/TiB2-SiC高温自润滑的主要机制。试样磨损断面氧化层和过渡层接触紧密;摩擦表面具有塑性变形性能,由脆性体向塑性体或者弹塑性体过渡。复相陶瓷中TiB2颗粒产生的“钉扎效应”,导致裂纹扩展路径偏转,改变了应力场的分布特性,降低了微裂纹尖端应力场强度,提高了裂纹扩展门槛值。TiB2-SiC磨损中存在断裂力学上的(Ⅰ+Ⅱ)型和(Ⅰ+Ⅲ)复合裂纹非平面扩展,以及裂纹尖端微小塑性屈服区的存在,使得裂纹扩展门槛值在“极限上值”和“极限下值”间随着裂纹扩展实际有效长度的变化而动态变化,导致材料延迟断裂。

原位合成TiB_2-SiC基复相陶瓷及其高温摩擦学性能的研究

本研究以SiC为基体,用TiC和B4C为原料,采用新的反应原理生成TiB2,原位合成了T iB2-SiC基复相陶瓷,提高了SiC陶瓷的物理性能和高温摩擦学性能;随着材料中TiB2物相重量百分比的增加,材料的高温摩擦学性能提高。在以下摩擦环境参数下TiB2(w t25%)-SiC基复相陶瓷自对偶在空气中高温摩擦磨损性能较好,呈现良好的高温自润滑性能:在升温状态下、空气中、环境温度为200℃～1000℃、外加载荷为0.2M Pa、摩擦速度为0.3m/s,温度和外加载荷对TiB2-SiC基复相陶瓷自对偶比磨损率的影响具有依存性。高温摩擦氧化是TiB2-SiC基复相陶瓷自对偶高温磨损主要机理,磨损试样磨损断面包含摩擦氧化层、过渡层和基体亚表面三层,氧化层和过渡层接触紧密;磨屑具有典型包裹结构。