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TiAl/Ti_2AlC复合材料的相形成规律及其微观结构研究

严明  
【摘要】: TiAl基金属间化合物因具有优良的高温性能和较低的密度,从而成为目前世界上研究最为热门的高温结构材料之一。然而,室温脆性仍然是其实用化的主要障碍。而通过添加陶瓷颗粒制成金属间化合物基复合材料可获得良好的力学性能,并同时保持基体密度低等特点。 三元层状陶瓷Ti_2AlC作为H相的典型代表,兼具陶瓷和金属的优点。在常温下,有很好的导热性能和导电性能,有较低的Vickers显微硬度和较高的弹性模量和剪切模量,像金属一样可进行机械加工,并在较高温度下具有塑性;同时它又具有陶瓷的性能,有较高的屈服强度、高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能。因此,在TiAl基中引入一小部分的Ti_2AlC,从而制备TiAl/Ti_2AlC复合材料,就可能兼具两者的优性。 本研究采用三个系列配比:(a)以Ti粉和Al粉为原料,研究Ti-Al间的反应;(b)以Ti粉、Al粉和TiC粉为原料,研究Ti-Al-TiC间的反应;(c)以Ti粉、Al粉和活性C粉为原料,研究Ti-Al-C间的反应机理及与Ti-Al-TiC系统的关系。采用原位热压烧结工艺,通过差热分析和X衍射图谱,分析了600℃~1300℃不同烧结温度下烧结所得产物的相组成。重点探讨了该反应过程的相形成规律和反应机理。通过扫描电镜结合能谱仪研究了烧结产物的显微结构特征。同时还测试了所合成的TiAl/Ti_2AlC试样的部分力学性能、密度和维氏显微硬度。 研究结果表明,Ti-Al-TiC系统的反应大致可分为两个阶段:热压温度在900℃之前,Ti和Al的反应生成TiAl金属间化合物;烧结温度达到900℃以后,TiAl金属间化合物和TiC反应合成TiAl/Ti_2AlC复合材料。通过保温阶段,三元Ti_2AlC长成层状多晶结构,同时,复合材料致密化。Ti-Al-C系统的反应大致可分为三个阶 武汉理工大学硕士学位论文 段:烧结温度在900’C之前,Ti和Al的反应生成TIAI金属间化合 物;烧结温度达到900℃之后,Ti、A!间的放热反应引发C和未 反应完全的Ti反应生成TIC;TIAI金属间化合物和TIC反应并合成 致密TIAI/TiZAIC复合材料。通过保温阶段,TiZAIC长成层状多品结 构,同时复合材料致密化。研究了Ti一AI一TIC和Ti一Al一C两个系统的 反应机理。 应用扫描电镜结合能谱仪,研究了三个系列的原料配比在1100 ℃~1300℃温度下热压烧结所得产物的显微结构特征。结合XRD 图谱,1200℃温度下的烧结产物晶体发育最好,且结构最致密,研 究了该温度下掺加7vol.%和1 svo!.%TIC所合成的复合材料的弯曲强 度、断裂韧性和Vickers硬度。力学性能测试结果说明,少量TiZAIC 的引入,使得材料中增加了颗粒增韧的能量吸收机制,这也可以提 高材料的力学性能;然而过多的TiZAIC含量对材料的力学性能不利。


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