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两步法反应烧结制备钛化物陶瓷复合材料

作　者: 马志强
导　师: 王连军
学　校: 东华大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 复合材料 放电等离子烧结 原位反应烧结 MSP强度
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


结构陶瓷大多具有高熔点、高硬度、较好的高温强度、热稳定性以及耐腐蚀性等优点,是一类具有重要实用价值的材料。但是,结构陶瓷的脆性限制了其某些应用,而制备纳米复相陶瓷是提高其力学性能的有效途径。传统纳米复相陶瓷的制备方法首先需要合成纳米粉体,然后使用粉体进行烧结。目前纳米粉体成本昂贵,难以大规模制备。在烧结过程中,纳米粉体比表面积大、活性高,晶粒生长速度快,难以获得晶粒尺寸细小的复相陶瓷。本文主要目的是寻找一种新型的烧结技术,用来制备晶粒尺寸细小、性能优异的复相陶瓷。本实验采用两步法原位反应烧结结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有精细显微结构的复合陶瓷,相对于一步法制备的样品,其晶粒更加细小,力学性能更好,具体研究内容如下：首先采用金属Ti粉与商用微米级的B4C粉体为初始原料制备TiB2/TiC复合材料。烧结制备了不同温度、不同保温时间以及不同烧结方法的四组TiB2/TiC复合材料,分别从密度、显微结构、室温维氏硬度及断裂韧性、MSP强度等方面进行对比考察。结果发现一步法烧结样品以及利用SPS迅速降低保温温度的两步法烧结样品的平均晶粒尺寸分别为1μm、200nm,其室温维氏硬度与断裂韧性相仿,分别为18.3GPa、4.9MPa.m1/2,MSP强度分别为833MPa、1095MPa。可见由于拥有更加细小的晶粒尺寸,两步法烧结样品具有更高的强度。本文也采用了金属Ti粉与商用亚微米级SiC粉体为初始原料制备Ti5Si3/TiC复合材料。制备了不同温度、保温时间以及烧结方法的四组Ti5Si3/TiC复合材料,分别从密度、显微结构、室温维氏硬度及断裂韧性、MSP强度等方面进行对比考察。结果发现一步法以及利用SPS迅速降低保温温度的两步法制备样品的平均晶粒尺寸分别为300-400nm、200-300nm,其室温维氏硬度与断裂韧性相仿,分别为12.3GPa、3.7MPa.m1/2, MSP强度相类似,为460MPa左右。总之,本文采用两步法原位反应烧结结合放电等离子烧结(SPS)技术,制备了具有精细显微结构和高性能的陶瓷复合材料。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 引言  12-14
第二章 绪论  14-32
  2.1 纳米复相陶瓷  14-16
    2.1.1 纳米复相陶瓷的分类  14-15
    2.1.2 晶内型和晶间型结构韧化机理  15-16
  2.2 纳米复相陶瓷粉体的制备方法  16-22
    2.2.1 物理法  16-18
    2.2.2 气相法  18-19
    2.2.3 液相法  19-22
  2.3 烧结技术  22-30
    2.3.1 无压烧结  22-23
    2.3.2 热压烧结  23
    2.3.3 超高压烧结  23
    2.3.4 热等静压烧结  23
    2.3.5 微波烧结  23-24
    2.3.6 爆炸烧结  24
    2.3.7 选择性激光烧结  24-25
    2.3.8 反应烧结  25-26
    2.3.9 SPS技术  26-30
  2.4 本论文选题依据及研究内容  30-32
第三章 实验方法和测试技术  32-39
  3.1 实验原料  32
  3.2 样品制备  32-35
    3.2.1 混料  32-33
    3.2.2 SPS烧结  33-34
    3.2.3 样品加工  34-35
  3.3 表征与测试  35-39
    3.3.1 显微结构与相组成分析  35-36
    3.3.2 样品密度  36
    3.3.3 室温硬度与室温断裂韧性  36
    3.3.4 MSP强度  36-39
第四章 两步法SPS原位反应烧结制备TiB_2/TiC复合材料  39-53
  4.1 引言  39-40
  4.2 制备过程  40-43
  4.3 结果与讨论  43-52
    4.3.1 XRD分析  43
    4.3.2 烧结性能  43-45
    4.3.3 显微结构特征  45-49
    4.3.4 室温硬度和断裂韧性  49-52
    4.3.5 MSP强度  52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 两步法SPS原位反应烧结制备Ti_5Si_3/TiC复合材料  53-66
  5.1 引言  53
  5.2 制备过程  53-57
  5.3 结果与讨论  57-65
    5.3.1 XRD分析  57-58
    5.3.2 烧结性能  58-59
    5.3.3 显微结构特征  59-63
    5.3.4 室温硬度和断裂韧性  63-65
    5.3.5 MSP强度  65
  5.4 本章小结  65-66
第六章 主要结论与展望  66-69
  6.1 主要结论  66-68
    6.1.1 TiB_2/TiC复合材料  66-67
    6.1.2 Ti_5Si_4/TiC复合材料  67-68
    6.1.3 总结  68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-75
附录:攻读硕士期间发表的论文  75-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
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