TiB2-TiC复相陶瓷的烧结工艺研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junwen2009
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TiB2-TiC复相陶瓷具有高的硬度、良好的耐磨性和化学稳定性以及优异的高温性能使其在刀具领域应用前景十分广阔,但其烧结性能差和低的断裂韧性限制了其应用。本文采用高能球磨的方法制备 TiB2-TiC复合粉体,并分别采用无压烧结工艺和热压烧结工艺制备共晶成分 TiB2-40%TiC复相陶瓷,采用 X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、三点弯曲、单边切口梁法(SENB)等分析测试方法对材料的显微组织和力学性能分析,系统地研究了无压烧结和热压烧结工艺参数对 TiB2-TiC复相陶瓷的显微组织和力学性能的影响规律,并优化了工艺。  结果表明:一步法无压烧结工艺制备的TiB2-TiC复相陶瓷,随着烧结温度的升高,致密度先增加后降低,复相陶瓷的晶粒尺寸变大,TiB2呈现板棒状,Ti C呈现等轴状,力学性能整体呈现出先升高后降低的趋势,并且采用烧结温度为1600℃,保温时间4 h工艺制备的TiB2-TiC复相陶瓷获得较好的致密度和力学性能,其致密度、弹性模量、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别是97.2%、479 GPa、22.1 GPa、526 MPa、4.85 MPa·m1/2。  两步法无压烧结工艺制备的TiB2-TiC复相陶瓷组织致密,TiB2呈现板棒状,TiC呈现等轴状,力学性能良好,这是由于低温阶段长时间保温抑制晶粒长大,高温阶段促进材料致密化。与一步法相比,采用1500℃/4 h+2000℃/1 h的两步法无压烧结工艺制备的TiB2-TiC复相陶瓷获得较高的密度和力学性能,其密度、弹性模量、维氏硬度、抗弯强度、和断裂韧性分别为4.95 g/cm3、507 GPa、21.4 GPa、721 MPa、6.30 MPa·m1/2。  一步法热压烧结工艺制备的TiB2-TiC复相陶瓷,随着温度的升高,致密度先增加后降低,复相陶瓷的晶粒尺寸变大,TiB2和 TiC呈现等轴状,力学性能整体呈现先升高后降低的趋势,并采用1700℃/4 h/30 MPa的热压烧结工艺制备的TiB2-TiC复相陶瓷获得较好的致密度和力学性能,其致密度、弹性模量、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别是96.3%、385 GPa、18.1 GPa、650 MPa、5.23 MPa·m1/2。  两步法热压烧结工艺制备 TiB2-TiC复相陶瓷,低温阶段随着温度的升高,致密度提高,复相陶瓷的晶粒尺寸变大,TiB2和 TiC呈现等轴状,力学性能略有增加。高温阶段未能促进复相陶瓷的致密化,同时还使得晶粒尺寸变大,力学性能降低。与一步法热压烧结工艺相比,力学性能明显低于一步法热压烧结工艺制备的复相陶瓷。  热压烧结工艺和无压烧结工艺相比,无压烧结工艺制备的复相陶瓷组织均匀致密,其中 TiB2多呈现板棒状,力学性能高于热压烧结工艺制备的复相陶瓷。其主要原因是由于压力的存在,抑制了气孔的排除和 TiB2板棒状晶体的生长,进而导致力学性能的下降。
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