原位合成tiblt2gt颗粒增韧sic复合材料的研究

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1、东北大学硕士学位论文摘要原位合成TiB。颗粒增韧SiC复合材料的研究摘要SiC陶瓷是一种高性能的结构陶瓷，被认为是最有前途的结构陶瓷之一。其具有许多优良的性能，如高熔点、高硬度、高耐磨性、高强度、抗氧化及良好的热导率和相对低的热扩散系数等优点，使其在机械、化工、能源、军工方面具有广泛的应用前景。但是由于其断裂韧性较低(3～4MPa·m1／2)，从而限制了它的应用范围。对SiC陶瓷材料的研究工作，主要集中在改善其力学性能，特别是提高其断裂韧性等方面。原位合成法是近年发展起来的制备陶瓷材料的新工艺，具有工艺简单、成本低、组织均匀及微细的显微结构等优点。因此，它

2、是SiC陶瓷材料增韧的发展新方向，受到了人们的广泛关注。本实验采用SiC、Ti02、B4C和酚醛树脂(作为C的来源)为主要实验原料，利用B4C和c为烧结助剂，在酒精中球磨分散、烘干、造粒后，在150MPa压力下压制成型；成型后的试样采用的烧结工艺为：在真空气氛下，以10。C／rain的升温速度加热到预烧结温度并保温60min，保温结束后充氩气以15。C／rain的升温速度加热到烧结温度分别保温15rain、30min、60min，烧结结束后，以15*C／min的速度冷却到室温，经过高温无压反应烧结可以制备出TiB2,,sic复合材料。本文通过对TiB2。／

3、SiC复合材料相对密度的研究，确定了原位合成烧结的最佳烧结工艺为：1400。Cx60min+2000。Cx30min。最佳的烧结助剂含量为1wt％B4C+4wt％C。通过调整Ti02、B4C和C的加入量改变TiB2的体积百分含量，研究了TiB2体积百分含量和原位合成工艺对复合材料相对密度、维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性、显微组织、晶粒大小和断口形貌等的影响。实验结果表明：随着TiB2体积百分含量的增加，"liB2於iC复合材料的相对密度、维氏硬度和断裂韧性均呈现增大的趋势，当TiB2体积百分含量为20％时，复合材料的相对密度最高为94．96％，维氏硬度最大为

4、29．1Gpa，断裂韧性最高为5．9MPaom“2，而TiB2cSiC复合材料的抗弯强度则先增加后降低，当TiB2体积百分含量为15％时，最大抗弯强度为265MPa；随着烧结温度的升高，材料相对密度和东北大学硕士学位论文维氏硬度先增大后减小，当烧结温度为2000。C时均达到最大值，而断裂韧性则一直呈现增大趋势。通过对材料显微组织观测和力学性能分析，确定了由SiC基体和TiB2颗粒热膨胀系数不匹配导致的残余应力场增韧以及微裂纹增韧是TiB2一SiC复合材料增韧的主要原因。论文对SiC陶瓷增韧的研究及生产具有一定的理论指导意义和实用价值。关键词：SiC陶瓷Ti

5、B2颗粒原位合成颗粒增韧无压烧结．．III．．东北大学硕士学位论文ResearchofIn—situSyntheticTiB2ParticleTougheningSiCCompositesAbstractSiliconcarbideceramichasbeenrecognizedasanimportantandpromisingstructuralceramicbecauseofitsattractiveintrinsiccharacteristics，i．e．highmeltingpoint，highhardness，hJ：ghwearresistanc

6、e，highstrength，excellentoxidationresistance，goodthermalcoIlductivi母andrelativelylowcoefficientofthermalexpansion，whichmakeitwidelyappliedprospectinmechanical，chemical，energyandmilitaryfields．Butitslowtoughness(3～4MPa’m“2)，limitsitsrangeofapplications．Atpresent，theresearchesaboutSi

7、Cfocusonimprovingitsmechanicalproperty,especiallyincreasingitsfracturetoughness．In—situsynthedctechnologyfortougheninghasdevelopedonlyinrecentyears．Thistechnologyispromisingowingtoitssimple，lowercost，uniformandfinemicrostructure．Thusin—situsynthetictechnologyfortougheningasanewdev

8、elopingdirectionoftougheningSiCha