TiB<,2>-氧化物复相陶瓷的热压制备与性能研究

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TiB2陶瓷具有优良的物理化学性能和机械力学性能,它除了具有非常高的硬度和弹性模量外,还表现出一系列良好的特性——导电性、高熔点、耐磨损、重量轻以及高的化学稳定性,其应用前景十分广阔。但是TiB2材料较高的制作成本以及较差的烧结性为制备带来了困难,同时TiB2的常温脆性阻碍了它的实际应用。制备复相陶瓷、添加烧结助剂以及应用先进的成型和烧结技术被认为是提高TiB2材料的力学性能、改善其烧结性能和降低制备成本的重要方法。本文采用OxideⅠ为第二相,以OxideⅡ为烧结助剂,热压烧结制备TiB2-OxideⅠ复相陶瓷材料,研究了OxideⅠ含量、OxideⅡ含量和烧结工艺对材料结构和性能的影响,分析了材料显微结构和力学性能的关系,同时研究了助烧剂OxideⅡ的加入对材料烧结过程的影响,探讨了烧结过程中一些现象的产生原因。添加OxideⅠ作为第二相能显著改善材料的烧结性能,在OxideⅠ含量在为0~20%变化时,材料的相对密度都达到96%以上,同时获得材料力学性能优良,可以发现当OxideⅠ含量为15%时,材料的综合力学性能最佳。添加OxideⅡ作为烧结助剂时,OxideⅡ与OxideⅠ发生反应,生成SolideSolutionⅠ(SⅠ),在高温条件下会扩散到TiB2与TiB2或者TiB2与OxideⅠ颗粒之间的孔隙处,在一定程度上提高了材料的致密度。通过OxideⅡ添加量对材料结构和性能影响的研究,发现当OxideⅡ添加量为3%时,获得材料的综合力学性能最佳。OxideⅡ的含量继续增加时,材料的力学性能反而逐渐下降。在不同的烧结温度条件下,对添加3%OxideⅡ的TiB2-15%OxideⅠ复相陶瓷进行烧结,结果发现1600℃烧结获得材料结构均匀,抗弯强度最高。而当烧结温度继续升高时,材料的性能反而下降,出现明显的晶粒生长。添加4%OxideⅡ的TiB2-15%OxideⅠ复相陶瓷,在1600℃进行烧结不同的时间,发现当烧结时间仅为10min时,获得材料性能优良,致密度较高,表明第二相和助烧剂的加入能显著改善材料的烧结性能,能够在较低的温度下快速烧结得到致密材料。当OxideⅡ含量较低时,OxideⅡ没有完全参与反应生成SⅠ相;而当其含量达到6%时,OxideⅡ全部参与反应生成SⅠ。反应过程中存在液相流出和粘模现象,分析可能时TiB2原始粉中存在氧化物杂质和表面吸附氧,在烧结过程中形成的氧化物造成低熔点的共熔相,从而造成了低温的液相流出。
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