TiC/TiB2复合陶瓷材料的制备和性能研究

论文摘要

TiC-TiB2复合陶瓷材料是一种非常具有前景的高温结构陶瓷材料,在特殊电极、切削刀具、耐磨零部件以及其他特殊行业具有广泛的应用领域。一般制备TiC-TiB2复合陶瓷材料的方法有SHS和热压烧结法。但是SHS法的反应过程很难控制,热压烧结法的成本太高。这两种方法都制约了TiC-TiB2复合陶瓷材料的工业开发。无压烧结法具有烧结过程简单、能耗低等优点,能够降低材料的生产成本,因此在工业生产中具有广泛的应用市场。本文首次探索了TiC-TiB2复合陶瓷材料的无压烧结工艺,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。本文采用两种方法制备TiC-TiB2复合陶瓷材料：一种是先利用廉价的富钛原矿和硼酐原位合成TiC-TiB2复合粉体,然后无压烧结TiC-TiB2复合陶瓷材料；另一种是利用TiO2、B4C、C和TiC直接原位合成TiC-TiB2复合陶瓷材料。论文详细研究了材料的烧结工艺和烧结助剂对材料致密化、组织和性能的影响。实验结果表明：利用富钛原矿和硼酐制备TiC-TiB2复合粉体的最佳合成工艺为1450℃×30min,硼酐的最佳含量为按化学反应方程式计量的120%。利用合成复合粉体无压烧结制备复合陶瓷材料的最佳烧结温度为2100℃×90min,烧结助剂Y203的最佳含量为6%,此时复合陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性分别为151.4MPa和2.52MPa.m1/2。利用TiO2、B4C、C和TiC直接原位合成TiC-TiB2复合陶瓷材料的最佳合成工艺为：1400℃×30min+2000℃×90min,烧结助剂Y203的最佳含量为12%,此时复合陶瓷材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为19.98GPa、270MPa和3.54MPa·m1/2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 复合材料概述
• 1.1.1 复合材料
• 1.1.2 先进结构陶瓷材料概述
• 1.2 TiC的物性特征
• 1.2.1 碳化钛粉体的制备方法
• 1.2.2 TiC复合材料的研究现状
• 2的物性特征'>1.3 TiB₂的物性特征
• 1.3.1 硼化钛粉体的制备方法
• 2陶瓷材料的研究现状及其应用'>1.3.2 TiB₂陶瓷材料的研究现状及其应用
• 1.4 陶瓷的烧结及应用
• 1.4.1 烧结理论
• 1.4.2 陶瓷烧结技术发展现状
• 2复合陶瓷材料的研究现状及制备方法'>1.5 TiC-TiB₂复合陶瓷材料的研究现状及制备方法
• 1.6 研究目的、内容和意义
• 第2章 实验过程及设备
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验设备
• 2.3 复合粉体的制备过程
• 2粉体的实验方案'>2.3.1 制备TiC-TiB₂粉体的实验方案
• 2.3.2 配料与成型
• 2复合粉体的制备'>2.3.3 TiC-TiB₂复合粉体的制备
• 2.4 复合陶瓷材料的制备
• 2.4.1 称量及混料
• 2.4.2 造粒和成型
• 2.4.3 烧结
• 2.5 复合陶瓷材料性能测试
• 2.5.1 XRD物相分析
• 2.5.2 开口气孔率和体积密度的测定
• 2.5.3 显微组织
• 2.5.4 硬度测试
• 2.5.5 抗弯强度的测定
• 2.5.6 断裂韧性的测定
• 第3章 实验结果与分析
• 3.1 热力学分析
• 2复合粉体制备过程的热力学分析'>3.1.1 TiC-TiB₂复合粉体制备过程的热力学分析
• 2反应体系的热力学分析'>3.1.2 原位合成TiB₂反应体系的热力学分析
• 2复合粉体的制备'>3.2 TiC-TiB₂复合粉体的制备
• 3.2.1 实验原材料的分析
• 2复合粉体的制备'>3.2.2 不同烧结温度对TiC-TiB₂复合粉体的制备
• 2O₃含量对TiC-TiB₂复合粉体的制备'>3.2.3 B₂O₃含量对TiC-TiB₂复合粉体的制备
• 2复合粉体的扫描分析'>3.2.4 TiC-TiB₂复合粉体的扫描分析
• 2复合粉体烧结的复合陶瓷材料的性能'>3.3 原位合成TiC-TiB₂复合粉体烧结的复合陶瓷材料的性能
• 3.3.1 助烧剂的选择
• 2复合陶瓷材料的烧结'>3.3.2 不同温度对TiC-TiB₂复合陶瓷材料的烧结
• 2O₃含量对复合材料的开口气孔率和体积密度的影响'>3.3.3 Y₂O₃含量对复合材料的开口气孔率和体积密度的影响
• 2O₃含量对复合材料的显微组织的影响'>3.3.4 Y₂O₃含量对复合材料的显微组织的影响
• 2O₃含量对复合材料的性能分析'>3.3.5 Y₂O₃含量对复合材料的性能分析
• 2O₃含量的复合材料断口显微组织'>3.3.6 Y₂O₃含量的复合材料断口显微组织
• 2粉体的复合陶瓷材料的性能'>3.4 商用TiC与原位合成TiB₂粉体的复合陶瓷材料的性能
• 3.4.1 实验原料分析
• 3.4.2 烧结成分的确定
• 3.4.3 烧结工艺的确定
• 2O₃含量对复合材料体积密度和开口气孔率的影响'>3.4.4 Y₂O₃含量对复合材料体积密度和开口气孔率的影响
• 2O₃含量对复合材料显微组织的影响'>3.4.5 Y₂O₃含量对复合材料显微组织的影响
• 2O₃含量对复合材料抗弯强度的影响'>3.4.6 Y₂O₃含量对复合材料抗弯强度的影响
• 2O₃含量对复合材料断裂韧性的影响'>3.4.7 Y₂O₃含量对复合材料断裂韧性的影响
• 2O₃含量对复合材料硬度的影响'>3.4.8 Y₂O₃含量对复合材料硬度的影响
• 2O₃含量对复合材料断口显微组织的影响'>3.4.9 Y₂O₃含量对复合材料断口显微组织的影响
• 3.4.10 烧结过程中的机理分析
• 第4章 实验结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的论文