金刚石含量与粒度对自蔓延高温烧结钛铝碳结合剂/金刚石复合材料组织与形貌的影响

摘要

采用Ti、Al、石墨和金刚石粉体为原料,通过自蔓延高温烧结制备Ti2AlC结合剂/金刚石复合材料,研究金刚石含量和粒度对该复合材料的物相组成与显微形貌的影响。结果表明,原料粉末发生自蔓延反应,可生成Ti2AlC基体相,同时亦生成TiC和Al_3Ti相。金刚石粒度较细(W5)时,金刚石表面C元素充分地与Ti反应生成TiC,同时基体主相变成TiC和Al,没有Ti_2AlC形成。当金刚石粒度较粗(30/40目)时,基体的主相为Ti_2AlC;金刚石与基体结合紧密。当添加金刚石粒度为120/140目时,基体的主相为Ti_2AlC和TiC。当采用170/200目金刚石为原料时,研究金刚石含量对复合材料基体组成与显微组织的影响时,发现原料中添加10%与20%的金刚石后得到的样品基体的主相为Ti_2AlC、TiC和Al3Ti相与金刚石;金刚石表面均包覆着良好的TiC与Ti_2AlC组织。但是当金刚石含量增加至30%时,基体的主相为TiC,同时含有少量的Ti_2AlC、Ti和Al_3Ti等相;金刚石表面受到一定程度的侵蚀,被一些TiC晶粒所包裹。提出一个Ti-Al-石墨-金刚石体系的自蔓延反应机制,即Ti和Al首先发生化学反应,生成Al_3Ti并放出大量的热,然后,原料中的石墨与金刚石表面转变的石墨都与Ti反应形成TiC,TiC与周围的Ti-Al相不断反应形成Ti2AlC。最后,基体主相为Ti_2AlC,金刚石表面亦形成Ti2AlC。