TiB_2基复合材料的制备及其研究近况
_TiB_2_SiC_ZL109复合材料的制备及其力学性能
Vol 53 No 2 铸造Feb. 2004 FOUNDRY ∀97 ∀( TiB2+ SiC)/ ZL109 复合材料的制备及其力学性能赵德刚, 刘相法, 边秀房( 山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室, 山东济南250061)摘要:采用搅拌铸造和原位反应合成相结合的方法制备出( T iB2+ SiC) / ZL 109 复合材料。
对该复合材料的显微组织观测表明, SiC 颗粒与T iB2颗粒分布较均匀。
通过对材料的室温拉伸性能及硬度测试, 发现T iB2、SiC 两相颗粒增强Al-Si 基复合材料的硬度明显比单一颗粒增强复合材料提高, 而其拉伸强度也略有提高, 弥补了单一SiC 颗粒增强铝基复合材料U T S 降低的不足。
( T iB2+ SiC) / ZL 109 复合材料较基体合金ZL109 硬度提高了34 8% 。
关键词: 复合材料; 铝合金; TiB2粒子; SiC 粒子; 协同增强中图分类号: T B331 文献标识码: A 文章编号: 1001 4977 ( 2004) 02 0097 04Fabrication and Mechanical Properties of (TiB2+ SiC)/ ZL109CompositesZHAO De gang, LIU Xiang fa, BIAN Xiu fang( The Key Laboratory of Materials Liquid Structure and Heredity, Ministry of Education, ShandongUniversity, Jinan 250061, Shandong, China)Abstract: Fabrication technology of ( TiB2+ SiC) / ZL109 composites by stirring casting and in situ methodwas studied in this paper. The microanalysis of the composites revealed that TiB2 and SiC particles arewell distributed in the matrix. From the results of hardness tests and tensile experiments at room temperature, it is found that the hardness of the composites reinforced cooperatively by TiB2 and SiC, is obviouslyhigher than that of the ZL109 matrix, and the tensile strength of the composites is slightly higher than thematrix. The composites cover the shortage that UTS of composites reinforced by SiC particle declinessharply. It can be shown that the hardness of the ( TiB2+ SiC) / ZL109 was raised by 34 8% than that ofmatrix.Keywords: composites; aluminium alloy; TiC particle; TiB2 particle; cooperative reinforcement金属基复合材料( M MCs) 综合了金属基体的高延性、高韧性和增强相高强度、高模量的优点, 具有高比强度、高比刚度和热稳定性好等优良特性。
《2024年等离子喷涂TiB2-Cu复合涂层的制备及改性研究》范文
《等离子喷涂TiB2-Cu复合涂层的制备及改性研究》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，材料表面涂层技术已成为提高材料性能和延长使用寿命的重要手段。
等离子喷涂技术以其独特的优势，如高温度、高速度和良好的结合力，被广泛应用于制备各种复合涂层。
TiB2-Cu复合涂层因其优异的导电性、高温稳定性和良好的机械性能，在航空航天、电子信息等领域有着广泛的应用前景。
本文将详细介绍等离子喷涂TiB2-Cu复合涂层的制备过程、改性研究及其性能分析。
二、实验材料与方法（一）实验材料实验所用的主要材料包括钛（Ti）、硼（B）和铜（Cu）的粉末，以及基体材料。
所有材料均经过严格的筛选和预处理，以保证实验的准确性。
（二）制备方法1. 涂层设计：根据需求设计TiB2-Cu复合涂层的成分和厚度。
2. 预处理：对基体进行预处理，包括清洁、打磨和预热等步骤。
3. 等离子喷涂：采用等离子喷涂技术，将TiB2和Cu粉末同时喷涂到基体上，形成复合涂层。
4. 后处理：对喷涂后的涂层进行热处理和表面处理等后续工艺。
三、制备过程与参数优化（一）制备过程详细描述了从粉末准备到涂层形成的整个过程，包括粉末的混合、预处理、喷涂和后处理等步骤。
（二）参数优化通过调整等离子喷涂的功率、喷涂距离、喷涂速度等参数，优化涂层的制备工艺，以达到最佳的涂层性能。
四、改性研究（一）表面改性通过物理气相沉积、化学气相沉积等方法对涂层进行表面改性，以提高其耐腐蚀性、耐磨性和硬度等性能。
（二）掺杂改性通过掺杂其他元素或化合物，改变涂层的组分和结构，从而提高其综合性能。
五、性能分析（一）微观结构分析利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等手段，对涂层的微观结构、成分和相结构进行分析。
（二）力学性能测试通过硬度测试、耐磨测试和拉伸测试等方法，评估涂层的力学性能。
（三）耐腐蚀性测试在模拟实际工作环境的条件下，对涂层进行耐腐蚀性测试，以评估其在实际应用中的性能表现。
Ti-Al-C系TiB,2复合材料的制备及性能研究
武汉理工大学博士学位论文图２－３ＴｉＣ／Ｔｉ／１．１ＡＩ在１４００。
Ｃ和１４５０。
Ｃ热压２ｈ合成试样的显微结构Ｆｉｇ．２—３ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓａｍｐｌｅｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｈｏｔｐｒｅｓｓｉｎｇＴｉＣ／Ｔｉ／Ｉ．ＩＡＩａｔ１４０００Ｃａｎｄ１４５０。
Ｃｆｏｒ２ｈ．２０／ｄｅｇｒｅｅｓ图２．４经１３００。
Ｃ～１５００。
Ｃ温度下热压烧结Ｔｉ：ＴｉＣ：ＡＩ／ＴｉＢ２＝２：１．Ｏ：１．１／１０ｖ０１％ＴｉＢ２所得试样的ＸＲＤ图谱Ｆｉｇ．２－４Ｘ—ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐａｔｔｅｍｓｏｆｔｈｅｒｅｓｕｌｔａｎｔｐｒｏｄｕｃｔｓｓｉｎｔｅｒｅｄｂｙＨＰｆｒｏｍＴｉ：ＴｉＣ：ＡＩ＝２：１．０：１．１／１０ｖ０１％ＴｉＢ２ｓｉｎｔｅｒｅｄａｔ１３０００Ｃ－１５０００Ｃ在上述的合成条件基础上，首先将体积含量１０％ＴｉＢ２直接混入ＴｉＣ／Ｔｉ／１．１ＡＩ中烧结，所制得样品的ｘ射线图谱见图２＿４。
从图谱中可以看出，烧结温度在１３００。
Ｃ时，除主晶相Ｔｉ２Ａｌｃ外，还出现Ｔｉ３ＡｌＣ２，而温度进一步提高到１４０００Ｃ一１５００。
Ｃ，始终存２１武汉理工大学博士学位论文晶粒，能谱分析其中的主要成分为ＴｉＢ２和Ｔｉ２ＡＩＣ颗粒，而从图（ｂ）中可以看到Ｔｉ２ＡＩＣ晶体呈明显的层片状，在其周围的晶粒较细小，有明显的过渡区域，这是因为Ｔｉ２Ａ１Ｃ是以溶解析出生成的，周围的ＴｉＢ２颗粒和Ｔｉ２ＡＩＣ颗粒混合分布。
层状大晶粒的尺寸在１５ｕｒｎ，厚度在２—５ｕｒｎ，小晶粒的尺寸在２－３ｕｒｎ。
晶粒发育良好，致密化程度很高，无明显的孔洞等缺陷。
（ｂ）ｘ２０００Ｆｉｇ．２—６原位合成Ｔｉ２ＡＩＣ／ＩＯ％ＴｉＢ２１４００。
Ｃ热压２ｈ合成试样的显微结构Ｆｉｇ．２－６ＭｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓａｍｐｌｅｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｈｏｔｐｒｅｓｓｉｎｇＴｉ２ＡＩＣ／１０％ＴｉＢ２ａｔ１４００。
Ｃｆｏｒ２ｈ为了进一步了解引入不同体积的含量ＴｉＢ２对合成复合材料相的影响，分别引入５％，１５％，２０％，２５％ＴｉＢ２，其中铝量均为化学计量比，Ａｌ未过量。
一种原位TiB_2颗粒增强铝基复合材料的制备及特性
合金，然后将其升温至 ９５０℃，加 入 按 化 学 计 量 比
配好并 混 匀、 烘 干 的 ＫＢＦ４ 和 Ｋ２ＴｉＦ６ 混 合 盐， 用
预热过的陶瓷棒压入熔融 Ａｌ－６Ｃｕ－０．２Ｍｇ－１Ｍｎ
合金，使混合盐在合金中充 分 反 应， 降 温 至 ８５０℃
扒 渣 并 保 温 １ｈ， 保 温 期 间 进 行 多 次 长 时 间 的 搅 拌 。
２ 实验结果与分析
１ 实验方法
采用工业纯铝、铝箔、紫铜、纯镁、锰粉配制
Ａｌ－６Ｃｕ－０．２Ｍｇ－１Ｍｎ合 金， 以 ＫＢＦ４ 盐 （纯 度
９９％，化学纯）、Ｋ２ＴｉＦ６ 盐 （纯 度 ９９％， 化 学 纯）
为合成 ＴｉＢ２ 的原料。
设计原位 ＴｉＢ２ 颗 粒 的 含 量 （质 量 分 数） 分 别
为１％，３％和５％， 以 得 到 不 同 ＴｉＢ２ 颗 粒 含 量 增
第２４卷 第３期 ２０１２ 年 ９ 月
常州大学学报 （自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２０１２
文章编号：２０９５－０４１１ （２０１２）０３－０００５－０４
一种原位 ＴｉＢ２ 颗粒增强铝基复合材料的制备及特性＊
ＣｕＡｌ２ 变为断续条状、颗粒状，且总量减少； 金相 溶＋１７０℃、６ｈ 时 效 处 理 后 维 氏 硬 度 比 相 应 处 理
观察表明，ＴｉＢ２ 数 量 及 分 布 变 化 不 大，这 是 由 于 Ａｌ－６Ｃｕ－０．２Ｍｇ－１Ｍｎ合金提高了１９．２％。
５０５℃的固溶温度根本不可能使高熔点的 ＴｉＢ２ 溶解
＊ 收稿日期：２０１２－０５－２１ 作者简介：薛忠华 （１９８７－），男，江苏南通人，硕士生；通讯联系人：谢飞。
粉末冶金法制备TiB2_与Al_基复合材料与性能研究
第52卷第10期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.10 2023年10月 Liaoning Chemical Industry October，2023收稿日期：2022-10-12粉末冶金法制备TiB 2与Al 基复合材料与性能研究黄轶文，李喜坤，刘凤国，孙骞（沈阳理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110159）摘 要： 使用粉末冶金法制备了TiB 2/Al 基复合材料，使用X 射线衍射仪（XRD ）对复合材料进行衍射图谱分析，确定复合材料的物相组织，复合材料晶界处为增强体TiB 2的主要分布位置，随着TiB 2质量分数的增加，团聚现象增多。
探讨了TiB 2/Al 基体的显微结构和机械性质的变化，并分析了TiB 2粒子的加入对TiB 2/Al 基体的影响。
实验发现，TiB 2/Al 与TiB 2/Al 的界面结合较好。
在1 h 的保温、610 ℃烧结、20%质量分数硼化钛的硬度最高，维氏硬度值为68.2 HV 。
此时的复合材料在TiB 2质量分数15%时的综合力学性能最好，抗拉强度为153.43 MPa ，比纯铝提高了19.68%。
关 键 词：金属陶瓷；TiB 2/Al 基复合材料；粉末冶金法；力学性能；硬度中图分类号：TG148 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）10-1428-04在20世纪60年代，随着技术的发展，金属基复合材料开始兴起，但由于当时的制备的技术落后导致研究的限制，金属基复合材料并未引起注意[1]。
至20世纪70年代末，由于各种新兴技术对于材料的各种性能要求越来越高，才令金属基复合材料的研究得以发展，其优良的性能开始得以重视[2]。
颗粒增强铝基复合材料是一种以铝或铝合金为基体，加入颗粒以达到增强性能目的的人工复合材料。
常见的增强相颗粒如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等[3]。
硼化钛颗粒增强铝基复合材料具有低密度、高比强度、低膨胀系数、耐高温以及良好的疲劳性能等优点[4-7]。
化学气相沉积技术制备TiB2涂层研究
关 键 词 ＴｉＢ２ 化学气相沉积 物相组成 沉积速率 涂层形貌 中 图 分 类 号 ：ＴＢ３３２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＴｉＢ２ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）Ｐｒｏｃｅｓｓ
ＣＨＥＮ Leabharlann ａｊｕｎ，ＹＩ Ｔｏｎｇｂｉｎ，ＷＵ Ｈｕｌｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｌｏｎｇｐｉｎｇ，ＪＩＡ Ｄａｉｊｉｎ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＴｉＢ２，ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ （ＣＶＤ），ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ，ｃｏａｔｉｎｇ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ
ＴｉＢ２ 具有高熔点（２９８０℃）、高 硬 度（ＨＶ＝３４ＧＰａ）、低 密 度（４．３８ｇ／ｃｍ３）、较 高 的 抗 弯 强 度 和 断 裂 韧 度、优 良 的 导 热、 导电、耐磨性和化 学 稳 定 性 等 优 点，在 许 多 领 域 中 展 现 出 极 其广阔的应用 前 景。 将 ＴｉＢ２ 作 为 表 面 改 性 涂 层，一 直 受 到 许多材料工 作 者 的 重 视。 归 纳 其 制 备 方 法，主 要 有 如 下 几 种：磁控溅射 、等 ［１，２］ 离子增强 化 学 气 相 沉 积 、化 ［３，４］ 学 气 相 沉 积等。然而磁控溅射、等离子增强化学气相 沉 积 均 存 在 沉 积 速率慢、效率低、成 本 高 等 缺 点，相 比 之 下，化 学 气 相 沉 积 法 具有高纯、高致密、能够沉积各种元素及组 分 等 优 点，广 泛 适 用于硼化物、碳化物及难熔金属等功能涂层制备 。 ［５］
TiB_2基增韧补强型陶瓷刀具的制备工艺及性能研究
TiB_2基增韧补强型陶瓷刀具的制备工艺及性能研究陶瓷刀具在干切削过程中表现出高硬度、高红硬性和耐磨性等优异的切削性能,适合于高温镍基合金、合金结构钢以及淬硬钢等难加工材料的加工,具有良好的应用前景。
目前,TiB<sub>2</sub>基陶瓷刀具存在材料成分体系不明确、制备难度大、硬度较高但抗弯强度低、断裂韧度差、切削加工性能不理想等问题,依托国家自然科学基金项目（51405326）,以研制高性能TiB<sub>2</sub>基陶瓷刀具为目标,依据复合陶瓷刀具材料的设计原则,将HfC、TiC和TiN作为增强相,以Ni、Co、（Ni,Mo）和（Ni,Co）为金属粘结相,采用真空热压烧结技术制备出三种新型TiB<sub>2</sub>基陶瓷刀具TiB<sub>2</sub>-20 wt.%HfC（TH20NC3）、TiB<sub>2</sub>-20 wt.%HfC-32 wt.%TiC（TH20C32NC）和TiB<sub>2</sub>-20 wt.%HfC-24 wt%Ti N（TH20N24NC）,并对其微观组织、力学性能、增韧补强机理、摩擦磨损机理、切削性能及失效机理进行了系统研究。
研究内容主要如下:1)刀具制备工艺的研究。
研究材料组分和烧结参数对新型TiB<sub>2</sub>基陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,以力学性能为衡量指标,采用模糊向量单值化法对材料组分和烧结参数进行优化,确定刀具材料制备烧结的工艺方法,制备出有高抗弯强度、较高断裂韧度和硬度的TH20NC3、TH20C32NC和TH20N24NC三种新型TiB<sub>2</sub>基陶瓷刀具,实现切削刀具硬度和韧性的合理匹配。
2)刀具材料微观组织对力学性能的影响。
TiB_2颗粒增强钛基复合材料抗氧化性能
复合材料学报第27卷 第2期 4月 2010年A ct a M ateri ae C om p o sit ae Sini c aVol 127No 12April2010文章编号:100023851(2010)022*******收稿日期:2009204213;收修改稿日期:2009211212基金项目:吉林省科技发展计划项目(20090519)通讯作者:张 驰,博士,副教授,主要研究方向为塑性加工及自动化 E 2mail :yueying @TiB 2颗粒增强钛基复合材料抗氧化性能李月英,彭丽华,张 驰3,曹占义,刘勇兵(吉林大学汽车材料教育部重点实验室,长春130025)摘 要: 采用粉末冶金法制备了TiB 2/Ti 颗粒增强钛基复合材料,研究了不同烧结温度(800、900、1000和1100℃)TiB 2/Ti 复合材料在600、700、800和900℃空气中的恒温氧化行为,分析了TiB 2对钛基复合材料氧化动力学行为的影响,并对氧化层表面的相组成、形貌以及氧化层剖面的显微结构进行了分析。
结果表明:该复合材料的氧化层表面的氧化产物主要为金红石型TiO 2,此外还有Fe 2O 3、Al 2O 3和B 2O 3,未发现其它类型钛的氧化物;TiB 2/Ti 复合材料800℃恒温空气中氧化的氧化动力学曲线初始阶段氧化速度较快,随着氧化时间的延长,形成的氧化膜减慢了氧化的速度;随着增强体TiB 2体积分数的增加和烧结温度的提高,复合材料的抗氧化性能提高,这主要是由于提高烧结温度和提高增强体TiB 2的体积分数均有利于氧化层的致密度提高,从而提高了材料的抗氧化性能。
关键词: 钛基复合材料;TiB 2颗粒;抗氧化性;氧化动力学中图分类号: TB331 文献标志码:AOxidation properties of TiB 2/Ti compositesL I Yueying ,PEN G Lihua ,ZHAN G Chi 3,CAO Zhanyi ,L IU Y ongbing(Key Laboratory of Automobile Materials (Ministry of Education ),Jilin University ,Changchun 130025,China )Abstract : TiB 2/Ti composites were fabricated by powder metallurgy.The isothermal oxidation behavior of TiB 2/Ti composites sintered at different temperatures (800,900,1000and 1100℃)at 600,700,800and 900℃in air were investigated.The reaction products in the oxidation layer were examined by XRD.The surface morphology and cross 2sectional microstructure of the oxidation layer were analyzed by SEM.The results show that an oxidation layer mainly consists of rutile 2TiO 2,Fe 2O 3,Al 2O 3and B 2O 3.No other Ti oxides are observed within the oxidation layer.Oxidation kinetics curves of TiB 2/Ti composites at 800℃in air show that the oxidation speed is rapid at the beginning of oxidation ,but with the increase of oxidation time the oxidation speed becomes slow due to the formation of an oxidation film.With the increase of volume f raction of TiB 2reinforcements and sintering temperature ,the oxidation resistance of TiB 2/Ti composites can be increased.It is attributed to the formation of the thin and dense oxidation film.K eyw ords : titanium matrix composite ;TiB 2particles ;oxidation resistance ;oxidation kinetics 钛基复合材料(TMCs )具有比钛合金更高的比强度和比模量,具有极佳的耐疲劳和抗蠕变性能,并克服了原钛合金耐磨性及高温性能差等缺点,已成为超高音速宇航飞行器和下一代先进航空发动机的候选材料,并可以作为高温、高压、酸、碱、盐等条件下的结构材料[125]。
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TiB2基复合材料的制备及其研究近况Preparation and Development of T iB2M atrix Composites乔英杰,李一栋,方双全(哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,哈尔滨150001)QIAO Ying jie,LI Yi dong,FANG Shuang quan(College o f Mater ials Science and Chemical Eng ineer ing,H arbin Engineering U niv ersity,H ar bin150001,China)摘要:T iB2因其优良的综合机械性能而备受关注。
但是由于难以获得致密的T iB2,使其难以被广泛应用。
加入金属基、陶瓷基材料是增强T iB2材料的有效方法。
本文从材料制备方面简述了T iB2基复合材料的研究进展。
关键词:T iB2;陶瓷;复合材料;致密化文献标识码:A 文章编号:1001 4381(2007)Suppl 0066 03Abstract:T iB2has been w idely investig ated w ith excellent mechanical properties,but its practical ap plication has been lim ited because it is difficult to obtain full dense ceramics It is very effectiv e to streng then the TiB2by intro ducing metal and ceramic reinfo rcement Material preparation and relative resear ch dev elo pments w ere narrated in this paperKey words:TiB2;ceram ics;composites;densificationH oke等[1]曾经提出,二硼化钛具有诱人的多种性能的结合:高维氏硬度,(15~36GPa),好的断裂韧性(6~8M Pa m1/2),和导电性(9~15 cm, 25),优良的对熔融的有色金属的化学抵抗力,和相对较低的比重(4 5g/cm3)。
这些性能令TiB2及其复合材料,如Al2O3 T iB2在多种方面具有应用前景,如切削工具、耐磨基体、低质量防弹板[2]等。
目前T iB2 A l2O3复相陶瓷的制备方法主要有3种:陶瓷粉体直接混合方法[3-5]、碳热还原法[6]和燃烧合成法[2,7-9]。
燃烧合成法又称自蔓延高温合成法(SH S)是近年来合成难熔硼化物系陶瓷材料非常有效的重要方法。
该方法工艺设备简单,生产效率高,合成产物纯度高,节约能源,可获得高活性的亚稳态产物,成本低廉[10]。
有关利用燃烧合成法制备硼化物及其复合材料的研究已见报道[11-13],燃烧合成法利用了反应产生的热量,降低了烧结温度,可以获得颗粒细小、分布均匀的第二相,并且第二相是在基体中反应生长的,两相的界面将更加清洁,有利于复合材料力学性能的提高,尤其是高温性能的提高。
因此燃烧合成法是一种很有前途的制备TiB2 Al2O3复相陶瓷的方法。
1 制备方法与致密化技术制备方法与致密化技术是影响材料性能的重要因素。
热压烧结(hot pressing,H P)是技术较为成熟,应用最为广泛的工艺,但是热压烧结温度较高,耗能耗时,并且制备的材料往往晶粒粗大,难以完全密实,材料性能不够理想;此外,热等静压(hot isostatic press ing)技术也是常用的工艺,它具有压力大,烧结温度较低,材料密实性好的特点,但是设备较为复杂。
近年来,又出现了许多新的制备工艺,特别是随着高温自蔓延合成技术(self propagating high temperature syn thesis,SH S),反应合成技术(r eaction synthesis)等技术的运用,使得材料的性能得到了大幅的提高。
1 1 自蔓延高温合成加压技术[14]自蔓延高温合成(SH S)是利用原料反应放热使反应自维持进行的一种陶瓷制备技术,具有反应速度快、反应温度高的特点。
SH S反应后由于原料中杂质的气化以及晶体体积的收缩,产物一般具有40%~50%的密实度。
自蔓延高温合成加压技术的主要原理是:在燃烧反应完成后,对其施加外界载荷以获得高密实的材料。
加压的方式可以是机械压力,液相、气相等静压,热挤压,热爆炸等。
由于SH S反应是一个放热自维持的反应过程,反应的温度很高(1500~4000),速度很快因此降低了烧结温度,缩短了反应时间,产物纯净,密实度高。
1 2 自蔓延高温合成快速加压(quick pressing,SHS/ QP)技术[15]SH S/Q P技术是在自蔓延反应完成后,SH S产物仍然处于高温!红热软化∀状态时对其施加快速轴向外66 材料工程/2007年增刊1(China SA M P E2007)界载荷从而获得密实材料的技术。
其特点反应时间短(整个工程在几分钟内完成),能耗少,并且可以制备较大尺寸的产品。
张金玲等[16]利用此技术制备了T iB2 A12O3/Fe复相材料。
傅正义等[17]还详细研究了TiB2系材料的SH S/QP制备技术,讨论了加压时间,压力延迟时间对于产物密实度的影响。
1 3 自蔓延高温合成热等静压技术(SHS/HIP)[15]SH S/H IP技术是以流体为加压介质,对红热的反应合成产物施加压力,从而获得密实的材料。
热等静压技术的特点是:施加压力较大(一般在100MPa或更高),材料的密实性好,并且可以制备形状复杂,尺寸较大的产品,但是对于设备的要求较高,工艺较为复杂。
1 4 自蔓延高温合成热冲击压实技术(SHS/SC)SH S/SC技术是将自蔓延反应产生的高温合成与冲击波产生的高压结合起来,从而获得密实材料的技术。
Laszlo等[18]较早研究了TiB2致密样品的制备;刘利等[19]也对此项技术进行了探索,制备出了TiB2 Cu 密实材料。
1 5 燃烧合成热压技术(CS/HP)弱放热体系的制备一直是SH S研究的重点和难点,燃烧合成热压技术可以实现弱放热体系的制备。
燃烧合成热压技术,也称为反应热压技术(reaction ho t pr essing,PH P),是在原料发生热爆反应的同时,采用热压的方法实现材料的密实化。
利用该方法可以制备一些反应放热较弱的材料,并且工程较为容易控制,但对设备要求较高。
王为民等[20]利用此项技术得到了理论密度99%的TiB2 NiAl复合材料,并对工艺过程和产物进行了研究。
2 TiB2基复合材料研究进展2 1 Al TiO2 B2O3体系利用A l T iO2 B2O3自蔓延体系制备T iB2 Al2O3复相陶瓷报导较多[2,7],此类反应的特点是可以在室温空气中合成TiB2 Al2O3复相陶瓷,反应产物纯净,只有T iB2和A l2O3两相存在,没有未反应的原料和中间产物存在,反应完全按照反应方程式(1)进行,且比较彻底。
3T iO2+3B2O3+10Al#3TiB2+5Al2O3(1) 基于该反应体系,近年来又出现了在该反应体系中加入金属Fe[16],A lN/TiN[4]等新的体系,并且取得了较好的掺杂效果。
制备T iB2基三相或多相陶瓷是目前的研究热点之一。
2 2 碳纳米管 TiB2复合材料碳纳米管被认为是石墨烯片卷曲形成的中空碳笼管,而石墨烯片的碳 碳sp2杂化共价键是自然界中最强的化学键之一,因此具有很高的强度和韧性,用碳纳米管增强T iB2的研究已见报导,其研究结果表明,掺入适量的碳纳米管对TiB2的增韧补强效果明显。
2 3 TiB2 金属复合材料TiB2与单一金属掺杂制备复合材料研究较多,如TiB2/Al,T iB2/Fe等。
马强等[21]利用CR法制备了TiB2/Al复合材料,制备出的复合材料颗粒均匀,组织致密,研究结果表明,A l对T iB2增强效果明显,并对制备该复合材料的工艺进行了探讨。
Yuriditsky 等[22]利用氩气保护在1700~2000下制备了完全致密的T iB2/Fe致密材料,材料的硬度随Fe含量的增加而降低,但强度加强。
此外,基于其它T iB2 金属体系也有一定的研究,如TiB2/Ni,T iB2/Cu,T iB2/Cr, TiB2/W等。
2 4 TiB2 陶瓷复合材料因TiB2 陶瓷复合材料表现出优异的性能,使得越来越多的研究者对此产生了很大的兴趣。
T iB2与TiN,SiC,AlN,BN,ZrB2,TiC,Al2O3等的单相、两元材料已经有了比较详细的研究[23],三元甚至更多元材料的研究正在进行中。
T om oshige[24]等采用燃烧合成工艺以Ti,B,BN为原料制备了T iB2 TiN复合材料,其中T iN含量可从10%~60%调整,TiB2含量可从40%~90%调整,耐腐蚀研究表明,在盐酸和硝酸中,其耐腐蚀能力大大提高。
T iB2因与SiC具有相似的物理和机械性能而被用于增韧SiC,据研究[25],在TiB2颗粒增韧SiC复相陶瓷中,含16%(体积分数)SiC的TiB2复相陶瓷的室温抗弯强度比SiC基体提高约30%,断裂韧性则提高了90%,其增强增韧机理是由于TiB2粒子对微裂纹的阻滞和钉扎效应。
此外,复相陶瓷的抗热震性和导电性也较SiC有所提高。
曾照强[25]等研究了以T iN,A1和BN为原料,通过反应热压法制备的T iB2/A lN复合陶瓷,并对该反应的热力学过程、产物的物相、微观结构与形貌进行了研究与讨论。
结果表明,原料在800左右开始反应,温度越高,反应越完全,1700左右完全反应。
通过SEM观察发现,生成的TiB2/AlN复合陶瓷具有很高的致密度,晶粒尺寸细小且分布均匀,通过反应得到的A lN 晶粒具有大量的层状和孪晶结构。
3 结束语TiB2作为一种新型的材料,以其优异的综合性能67T iB2基复合材料的制备及其研究近况受到了越来越多人的重视。
目前,阻碍这类材料广泛使用的主要问题是原材料成本高,材料难以烧结致密化,材料性能有待进一步提高。
因此,如何完善TiB2生产工艺,降低成本,制备出高纯度、满足后续工艺要求的T iB2,开发新的T iB2复合材料及进行相关机理的研究将是以后重点研究的方向。
可以相信,随着TiB2材料性能的不断提高,其应用范围将会越来越广。
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