放电等离子烧结sps制备tiblt2gt陶瓷的组织与性能研究

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1、摘要二硼化钛单相陶瓷材料因其高熔点、高强度、高硬度和高弹性模量的特点，在结构材料中作为硬质相而被广泛用，成为近年来国内外众多材料学者研究的热点。二硼化钛还具有良好的导电性，因此还可以采用放电加工。目前，二硼化钛已在冶金、机械、军事、化工、电子等行业中得到广泛应用，并具有广阔的应用前景。但是TiB2材料较差的烧结性能为块体材料制备带来了极大的困难。本论文采用材料制备新技术放电等离子烧结法(SparkPlasmaSintering，简称SPS)反应合成制备ZiB2单相陶瓷材料。实验采用“蒸发一凝聚法”和机械

2、合金化两种方法制得的Ti粉和B纳米粉为原料，用SPS技术成功制备了TiB2单相块体陶瓷材料，并探讨了各烧结参数对材料结构和性能的影响，得到了制备TiB2单相块体陶瓷材料的最佳工艺，即：压力40MPa，温度1550℃-1620℃之间。对SPS烧结TiB2过程的观察表明，烧结过程可以分为三个阶段：烧结初期、烧结中期和烧结末期。采用XRD，SEM和TEM研究了不同烧结温度下所得烧结样品的相组成及显微结构特征。分析结果表明，SPS烧结样品为纯净的、单一的TiB2，没有杂相存在。随着烧结温度的增加，样品致密度增加

3、，晶粒平均尺寸也随之增加。同时还测试了所制备TiB2单相块体陶瓷材料的部分物理和力学性能。烧结体的最高相对密度高达99．8％，维氏硬度高达31．9Gpa，抗弯强度最高达到373．5MPa。本实验的研究表明，采用SPS反应烧结方法制备得到的单相TiB2块体陶瓷材料在获得高相对密度和力学性能的同时大大降低烧结温度，而且烧结时间短，保持了晶粒的较低尺度，实现了TiB2单相块体陶瓷材料的低温快速烧结。这对于TiB2单相块体陶瓷材料的高性能、高效率制备以及应用具有重要的意义。关键词单相TiB2陶瓷；放电等离子烧结

4、(SPS)；显微结构AbstractABSTRACTTiB2single—phaseceramicmaterialattractsincreasinginterestowingtoitsuniqueproperties．Ithasbeenwidelyusedashorninessphaseinmetallurgy，mechanicalindustry，militaryindustry，chemicalindustryandelectronicindustryduet0itshi曲meltingpoint

5、，hi曲strength,highhardnessandhighmodulusofelasticity，especiallyitsgoodmechanicalpropertyabove1000℃．Comparedwitllotherceramicmaterial，TiB2single—phaseceramicmaterialhasgoodelectricalconduction，SOitCanbeelectromachined．Nowadays，thismaterialisintensivelyinve

6、stigatedbecauseofit’Shilghproperties．However,itisdifficulttosinterTiB2single-phaseceramicmaterialduetOitsbadsinterproperty．Inthispapersmall·-crystallineTiB2bulksingle··phaseceramicwaspreparedbysparkplasmasintering(SPS)．Ti／TiH2nanopowderswereobtainedthrou

7、ghDCtransferredarcplasma．MechanicalAlloyed(MA)wasalsousedtomakesmallsizeTill2powders．BDane-powdersandTiorTill2powderswithdifferentsizeswereusedasstartingmaterialsforSPSsintering．Theeffectsofthesinteringparametersonmicrostructureandpropertieswereemphasize

8、dandthebesttechnologicalparameterswereobtained．Thebestsintertemperatureisinthezoneof1550℃一1620℃，whichismuchlowerthantraditionalmethodsandSPSmethodwithTiB2powderasreported．ItwasnotedthattherewerethreestagesintheSPSprocessof