本文關(guān)鍵詞：SPS技術(shù)燒結(jié)制備鈦鋁碳陶瓷復合材料　出處：《中原工學院》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 放電等離子燒結(jié) 二硼化鈦 氧化鋁 金剛石 立方氮化硼 鈦鋁碳陶瓷復材料

【摘要】：本論文利用放電等離子快速燒結(jié)新技術(shù)制備了一系列的鈦鋁碳陶瓷復合材料,然后采用熱重分析儀、X-射線衍射儀、電子掃描電鏡、固體密度儀、磨耗比測量儀和維氏硬度計等測試設備,對樣品的物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、磨耗比和硬度等性能進行了相應的表征分析。主要的研究內(nèi)容包括如下四個方面:(1)當cBN含量范圍為10~40wt%,隨著cBN含量的降低,合成復合材料的密度和硬度均增大。在燒結(jié)溫度區(qū)間1200~1300℃,提高燒結(jié)溫度制得復合材料的相對密度和硬度增大,微觀形貌圖表明cBN晶形完整且以鑲嵌的方式存在于基體中;在燒結(jié)溫度為1400℃時,cBN加劇軟化且晶粒表面生成了較厚過渡層(AlN和TiB2),過渡層過厚會降低復合材料的力學性能;提高溫度為1500℃時,復合材料的密度和硬度降低,微觀形貌圖表明cBN顆粒受到鈦鋁碳嚴重腐蝕且出現(xiàn)碎裂,導致復合材料的力學性能惡化。當cBN含量為10wt%時,在溫度區(qū)間1200~1300℃和壓力30MPa條件下,制得復合材料的力學性能優(yōu)異,密度高達4.33g/cm3,硬度高達3000HV1,磨耗比為4.8。(2)在燒結(jié)溫度1200℃和壓力30MPa條件下,當金剛石含量為50~60wt%時,金剛石含量偏高導致復合材料中存在大量空洞,進而導致復合材料的密度和硬度降低。當金剛石含量為30wt%和40wt%時,復合材料具有較高的密度和硬度,且石墨化程度較低,提高燒結(jié)溫度為1400℃,發(fā)現(xiàn)金剛石顆粒表面出現(xiàn)較厚的石墨層,金剛石的衍射峰減弱,且石墨衍射峰明顯增強。提高溫度為1500℃時,金剛石衍射峰消失,石墨衍射峰最強,微觀形貌圖中金剛石失去了規(guī)則晶體形狀,復合材料的硬度和密度降為最低。在燒結(jié)溫度為1100~1200℃和壓力30MPa條件下,當金剛石含量為40wt%時,制得樣品中金剛石石墨化程度較低且晶形完整,金剛石顆粒被完全包覆,樣品密度約3.73g/cm3,磨耗比高達1550。(3)將二硼化鈦和鈦鋁碳微粉混合均勻后,在燒結(jié)溫度區(qū)間1200~1600℃和壓力30~70MPa條件下制得二硼化鈦/鈦鋁碳陶瓷復合材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在壓力30MPa條件下,添加二硼化鈦含量為70~90wt%時,制得的陶瓷復合材料的微觀形貌中存在較多空洞,密度偏低,硬度低于670HV1;當添加的二硼化鈦含量為60wt%時,在燒結(jié)溫度1200℃條件下制得復合材料的微觀結(jié)構(gòu)中空洞數(shù)量降低且空徑變小,硬度高達1070HV1;當燒結(jié)溫度為1600℃時,制得復合材料60TiB2的微觀形貌中空洞消失,密度高達4.39g/cm3,硬度約2300HV1,磨耗比約1.1。(4)采用氧化鋁和鈦鋁碳微粉為原料制備氧化鋁/鈦鋁碳陶瓷復合材料,結(jié)果發(fā)現(xiàn)降低Al_2O_3的含量,復合材料的密度增大。當制得復合材料的密度小于3.84g/cm3時,樣品均表現(xiàn)為硬度偏低且微觀形貌致密性較差;當Al_2O_3含量為60wt%時,在低溫1100℃就可以得到較高的密度和硬度,復合材材料60Al_2O_3的微觀結(jié)構(gòu)致密,但仍存在微量的空洞;提高燒結(jié)溫度為1400℃和50MPa條件下,制得復合材料60Al_2O_3的微觀結(jié)構(gòu)的致密度提高,空洞消失,鈦鋁碳完全分解為碳化鈦,氧化鋁以鑲嵌在碳化鈦基體中,使得復合材料60Al_2O_3具有較高的硬度、密度和磨耗比,密度約4.45g/cm3,硬度約1800HV1,磨耗比高達0.95。
[Abstract]:The titanium aluminum carbon ceramic composite material prepare a series of new technology prepared by spark plasma sintering, then using thermogravimetric analyzer, X- ray diffraction, scanning electron microscopy, solid density instrument, wear ratio measuring instrument and Vivtorinox hardness testing equipment, the microscopic morphology of the samples, phase structure, wear ratio and hardness properties were analyzed and corresponding characterization. The main research contents include four aspects as follows: (1) when the cBN content is in the range of 10~40wt%, with the decrease of cBN content, the density and hardness of composite materials increased. In the sintering temperature range of 1200~1300 DEG C, higher sintering temperature was relative density and hardness the composites increases and the micrograph shows that cBN crystal and in the form of inlay in the matrix; the sintering temperature is 1400 degrees centigrade, cBN increased and the grain surface softening forming thick transition layer (AlN and TiB 2), the transition layer is too thick will reduce the mechanical properties of composite materials; improve the temperature is 1500 degrees centigrade, the density of the composites and the hardness decreased, morphology shows that cBN particles by titaniumaluminumcarbon serious corrosion and fragmentation, resulting in deterioration of the mechanical properties of the composites. When the cBN content is 10wt%, in the range of temperature 1200~1300 C and 30MPa pressure conditions, the mechanical properties of the composites prepared excellent density up to 4.33g/cm3, 3000HV1 hardness, wear ratio of 4.8. (2) in the sintering temperature of 1200 DEG C and the pressure under the condition of 30MPa, when the diamond content is 50~60wt%, resulting in a high diamond content in composite materials there are many holes, and then the resulting composite material density and hardness decreased. When the diamond content is 30wt% and 40wt%, the composite material has high density and hardness, and the graphitization degree is low, increasing the sintering temperature of 1400 DEG C, found a diamond The particle appears on the surface of graphite layer thick, diamond diffraction peaks decreased, and the diffraction peaks of graphite increased obviously. Increasing the temperature is 1500 degrees centigrade, diamond graphite peaks disappeared, the strongest diffraction peaks, diamond morphology diagram lost the regular crystal shape, hardness and density of composites decreased to the lowest in the sintering temperature is. 1100~1200 temperature and pressure 30MPa condition, when the diamond content is 40wt%, the sample prepared in low degree of graphitization of diamond and crystalline diamond particles were coated completely, the density of the sample is about 3.73g/cm3, the wear ratio up to 1550. (3) of the titanium diboride and titanium aluminum carbon powder mixed evenly, made of titanium / titanium diboride aluminum carbon ceramic composite materials in the sintering temperature range of 1200~1600 DEG C and pressure under the condition of 30~70MPa. The results showed that under the pressure of 30MPa, adding TiB2 content is 70~90wt%, the ceramic composite material prepared by the There are more empty, the low density of microstructure, hardness is lower than 670HV1; when the 60wt% content of TiB2 added, the number of empty prepared microstructures of composites decreased and the empty size is smaller in the sintering temperature under 1200 DEG C, hardness up to 1070HV1; when the sintering temperature is 1600 degrees centigrade for micro the morphology of 60TiB2 in the composite cavity disappeared, density of up to 4.39g/cm3, the hardness of about 2300HV1, the wear rate is about 1.1. (4) preparation of alumina / titanium aluminum carbon ceramic composite materials were prepared using alumina and titanium aluminum carbon powder, the lower the content of Al_2O_3, the density of the composite increases. When the density of the composites prepared less than 3.84g/cm3, the samples showed lower hardness and microstructure compactness is poor; when the Al_2O_3 content is 60wt%, in the low temperature 1100 DEG C can be high density and hardness, micro composite material 60Al_2O_3 Compact structure, but there are still traces of void; improve the sintering temperature of 1400 DEG C and 50MPa, prepared microstructure of 60Al_2O_3 composite density increase, cavities disappeared completely decomposed into titanium aluminum carbon, titanium carbide, titanium carbide in the alumina matrix to inlay, made of composite materials 60Al_2O_3 have higher hardness. The density and wear ratio, density of about 4.45g/cm3, the hardness of about 1800HV1, the wear ratio up to 0.95.

【學位授予單位】：中原工學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.758.2

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本文編號：1429174