TiC/Ni_3Al复合材料的制备及组织和性能研究

【摘要】： 本文采用无压(自发)浸渗技术制备了TiC／Ni_3Al复合材料。高温下Ni_3Al熔体自发浸渗TiC粉体预制体后，形成TiC颗粒增强Ni_3Al基体，具有双相双连结构的TiC／Ni_3Al复合材料。因预制体成型在先，自发浸渗在后，所制得的试样保持了预制体的形状和尺寸，熔体自发浸渗技术是将复合材料制备和成型加工合为一体的特殊技术。 本文首先研究了TiC预制体的压制和预烧结技术。冷压成型预制体一般存在分层、裂纹等缺陷，未造粒的粉体压制时流动性、均匀性差是根本原因。热压法集预制体成型和预烧结于一身，成功率高。高温下加压成型，颗粒较易流动、压实和烧结，可获得具有网络结构和连通孔隙的预制体。 无压浸渗复合工艺研究表明：温度和气氛是无压浸渗顺利进行的重要影响因素。试验所用浸渗炉的真空度高低可以决定浸渗能否进行和影响浸渗工艺参数。Ni_3Al熔体在氩气保护下，可以自发浸渗充满多孔TiC预制体。 然后研究了无压浸渗工艺对复合材料组织、结构和性能的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱分析、CT分析等手段，分析了复合材料显微组织结构。测试了复合材料1100℃高温弯曲强度、室温弯曲强度和断裂韧性、维氏硬度、密度等性能，探讨了TiC／Ni_3Al复合材料的组织、结构与力学性能之间的关系。 显微组织结构研究表明：复合材料组织总体比较均匀，金属浸渗充分，但存在孔洞等缺陷。颗粒烧结粘连显著的复合材料为明显的双相连续3-3结构。断裂面的颗粒一般齐整圆润，颗粒与基体界面结合较弱，主要因为界面脱粘、颗粒拔出而导致材料断裂失效。 复合材料性能测试表明：TiC的百分含量对复合材料密度和硬度有直接影响。TiC含量56％的复合材料室温强度为935MPa，韧性为20.41 MNm~(-3/2)。TiC含量89％的复合材料1100℃高温弯曲强度达到655MPa。TiC烧结为一体的骨架结构，从根本上增加了复合材料的高温强度，避免了Ni_3Al高温强度不足，容易发生蠕变的现象。双相连续3-3结构，提高了复合材料的力学性能，特别是高温强度性能。孔洞等缺陷的普遍存在，导致复合材料力学性能不很理想和波动较大。