放电等离子烧结TiBCN复合材料工艺及性能研究

发布时间：2017-04-19 13:18

  本文关键词：放电等离子烧结TiBCN复合材料工艺及性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：TiB2,TiCN等陶瓷材料具有耐高温、高强度和耐磨损等优良性能,在诸多领域有着广泛的应用,但提高其综合力学性能尤其是韧性一直受到关注。本课题组采用渗硼法自制TiBCN四元组分粉末材料,使用放电等离子烧结工艺制备块体陶瓷材料,并探讨其组织和性能。为了降低TiBCN陶瓷材料烧结温度和提高烧结材料的致密度及力学性能,采用球磨机械混合的方式向TiBCN粉末添加烧结助剂(8%wt)Ni、(7%wt)Mo和(15%wt)WC,烧结制得致密的TiBCN复合陶瓷材料。研究中,放电等离子烧结技术参数:TiBCN陶瓷粉末烧结温度为1250℃,1350℃,1450℃;烧结压力为40MPa,45MPa,50MPa;保温时间为3min,5min,8min;升温速率为80℃/min、90℃/min、100℃/min。TiBCN复合陶瓷材料烧结压力为50MPa,升温速率为90℃/min,保温时间为5min,烧结温度分别为1000℃、1100℃、1200℃。使用场发射电子扫描显微镜、X射线衍射仪对烧结TiBCN陶瓷材料的表面微观形貌、断口微观形貌和物相组成进行检测分析,使用洛氏硬度计、万能试验机和阿基米德测量仪评定TiBCN陶瓷材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性和致密度。实验结果表明:随着烧结温度的升高,TiBCN陶瓷材料的致密度、硬度、抗弯强度均有所提高,在烧结温度为1450℃时,TiBCN陶瓷材料的性能较佳,致密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性可达到97.10%、75.3HRA、325.07MPa、5.059 MPa·m1/2;烧结压力从40MPa增大到50MPa时,TiBCN陶瓷材料致密度有很大的提高,可达到97.10%,保温时间对烧结制备的TiBCN陶瓷材料致密度和硬度影响不大;随着升温速率升高,TiBCN陶瓷材料的抗弯强度逐渐减小,其在升温速率为80℃/min时较佳为332.29MPa,其致密度和硬度变化不大,致密度均达到91%以上,硬度值HRA分别为70.6、75.3、69.3。当烧结温度为1450℃,烧结压力50MPa,保温时间5min,升温速率为90℃/min时,放电等离子烧结的TiBCN陶瓷材料具有较好的综合性能。TiBCN复合陶瓷材料研究结果表明:其复合陶瓷材料致密度和力学性能有了显著的提高。在烧结温度1100℃,烧结压力为50MPa时,TiBCN复合陶瓷材料致密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性分别达到98.42%、88.2HRA、396.19MPa、6.025 MPa·m1/2;与获得相同致密度的TiBCN陶瓷材料相比,烧结温度降低了大约350℃,与其同等烧结条件下,TiBCN复合陶瓷材料的致密度提高了1.31%,硬度、抗弯强度和断裂韧性分别提高了17.13%,21.87%和19.10%。
【关键词】：复合材料 放电等离子烧结 TiBCN陶瓷材料 力学性能
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1;TB33
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 放电等离子烧结技术8-10
• 1.1.1 放电等离子烧结的原理、工艺及特点8-9
• 1.1.2 放电等离子烧结机理9-10
• 1.1.3 放电等离子烧结技术的应用及研究进展10
• 1.2 TiCN、TiN-TiB_2、TiC-TiB_2及TiBCN复合材料的研究10-15
• 1.2.1 TiCN复合材料的研究10-11
• 1.2.2 TiN-TiB_2复合陶瓷的研究11-12
• 1.2.3 TiC-TiB_2复合陶瓷的研究12-14
• 1.2.4 TiBCN复合材料的研究14-15
• 1.3 金属基陶瓷材料的研究15-16
• 1.4 研究目的和意义16-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-18
• 第二章 实验部分18-23
• 2.1 实验材料18
• 2.2 主要实验设备18-19
• 2.3 TiBCN陶瓷材料的烧结19
• 2.4 分析与测试方法19-23
• 2.4.1 粉体表征19-20
• 2.4.2 烧结试样的密度测定20
• 2.4.3 试样的物相分析20
• 2.4.4 试样的显微组织观察20
• 2.4.5 室温抗弯强度试验20-21
• 2.4.6 试样的硬度试验21
• 2.4.7 试样断裂韧性测试21-23
• 第三章 放电等离子烧结工艺参数对TiBCN陶瓷材料组织和性能的影响23-40
• 3.1 烧结温度对TiBCN陶瓷材料组织和性能的影响23-29
• 3.1.1 烧结温度对TiBCN陶瓷材料致密度的影响23-26
• 3.1.2 烧结温度对TiBCN陶瓷材料物相组成的影响26
• 3.1.3 烧结温度对TiBCN陶瓷材料的微观形貌的影响26-28
• 3.1.4 烧结温度对TiBCN陶瓷材料的力学性能的影响28-29
• 3.2 烧结压力对TiBCN陶瓷材料组织和性能的影响29-32
• 3.2.1 烧结压力对TiBCN陶瓷材料物相组成的影响29-30
• 3.2.2 烧结压力对TiBCN陶瓷材料微观形貌的影响30-31
• 3.2.3 烧结压力对TiBCN陶瓷材料力学性能的影响31-32
• 3.3 保温时间对TiBCN陶瓷材料组织和性能的影响32-36
• 3.3.1 保温时间对TiBCN陶瓷材料物相组成的影响33
• 3.3.2 保温时间对TiBCN陶瓷材料微观形貌的影响33-34
• 3.3.3 保温时间对TiBCN陶瓷材料力学性能的影响34-36
• 3.4 升温速率对TiBCN陶瓷材料组织和性能的影响36-38
• 3.4.1 升温速率对TiBCN陶瓷材料微观形貌的影响36-37
• 3.4.2 升温速率对TiBCN陶瓷材料力学性能的影响37-38
• 3.5 小结38-40
• 第四章 烧结温度对TiBCN复合陶瓷材料组织和性能的影响40-49
• 4.1 烧结温度对TiBCN复合陶瓷材料物相组成的影响41-42
• 4.2 烧结温度对TiBCN复合陶瓷材料微观形貌的影响42-46
• 4.3 烧结温度对TiBCN复合陶瓷材料力学性能的影响46-48
• 4.4 小结48-49
• 第五章 结论49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-56
• 作者简介56
• 攻读硕士学位期间研究成果56

【参考文献】

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本文编号：316382