反应合成TiB2基复合材料的研究

摘要

二硼化钛是由共价键和金属键组成的密排六方晶格的化合物，其熔点高、密度低、硬度高、耐磨性好，耐化学腐蚀和抗熔融金属侵蚀的能力强，作为优异的硬质相在复合材料、金属陶瓷材料极具有推广价值。实验以Ti、B4C、Fe、SiC粉末为原料，利用等离子加热反应合成技术和反应烧结制备TiB2复合材料，探索了反应体系和工艺方法对材料的物相、组织性能等影响。本文首次探索了TiB2复合材料的等离子加热反应合成工艺，研究结果对该材料的生产和应用将具有重要的参考价值和指导意义。
　　以Ti、B4C和Fe粉为原料，采用等离子束加热反应合成TiB2-TiC-Fe2Ti复合材料。复合材料中TiB2呈现六边形和长条形，TiC近似球形，Fe2Ti作为粘结相存在于TiB2、TiC相之间，促进各相之间的结合。等离子束加热具有高加热及冷却速率，降低了晶粒生长时间，有利于获得细小的组织。随着电流增加，单位时间内输入坯体热量增多，TiB2、TiC充分长大，各相之间结合更加紧密。利用不同等离子电流加热2Fe-2Ti-B4C混合粉末，制备TiB2-B4C-Fe3(C、B)复合材料的反应，反应产物中的主要物相TiB2、B4C，以及Fe3(C、B)，同时含有极少量的FeB。由于等离子束的快速加热与冷却以及散热具有方向性，板条状TiB2晶粒沿散热最快的方向生长，与白色的Fe3(C、B)相间分布，未反应的B4C被挤压在板条之间;等离子束电流影响单位时间内输入试样的热量，电流越大越有利于TiB2的长大，但复合材料硬度降低。在3Ti-B4C体系中添加不同量SiC粉末等离子加热反应合成多孔TiC-TiB2-SiC复合材料，反应产物物相主要有TiB2、TiC和SiC，反应产物形状不规则，形成牢固的骨架结构，基体中存在大量连通孔。随着SiC的增加，试样的孔隙率明显降低。
　　利用真空反应烧结制备TiB2-TiC-Fe2Ti复合材料，复合材料中TiB2呈六边形或长条形，TiC呈圆球形，Fe2Ti则呈不规则形状分布在TiC和TiB2之间，三者表现出良好的润湿性。材料晶粒尺寸、致密度以及显微硬度都随烧结温度的升高和保温时间的延长而不断增加。在1300℃高温烧结3Ti-B4C体系，并添加不同含量的SiC和改变保温时间，主要物相包括TiB2、 TiC、SiC，同时含有少量的中间相TiB、Ti5Si3以及Ti3SiC2。反应产物中存在大量的通孔和少量的闭孔结构，闭孔内部还存在由于少量B4C未反应完全而遗留的芯结构。孔隙率随着SiC含量的增加而降低，随保温时间的增加先增大后不变。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 TiB2复合材料概述、研究现状及发展趋势

1．3 TiB2复合材料的结构与性能

1．4 TiB2复合材料的制备方法

1．5 课题研究的意义与内容

2 实验条件及方法

2．1 实验原料

2．2 实验设备

2．3 工艺路线及实验步骤

2．4 实验方案

2．5 分析检测及性能表征

3 等离子加热反应合成TiB2基复合材料

3．1 等离子电流对TiC-TiB2-Fe2Ti复合材料的影响

3．2 等离子电流对TiB2-B4C-Fe3(C、B)复合材料的影响

3．3 等离子加热反应合成制备TiB2-TiC-SiC材料的影响

3．4 本章小结

4 反应烧结制备TiB2基复合材料

4．1 烧结温度对TiC-TiB2-Fe2Ti复合材料的影响

4．2 保温时间对TiC-TiB2-Fe2Ti复合材料的影响

4．3 SiC含量对TiC-TiB2-SiC复合材料的影响

4．4 保温时间对TiC-TiB2-SiC复合材料的影响

4．5 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录