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原位合成TiB_2-TiC_x陶瓷及其氧化性能研究

孙红亮  
【摘要】:本文在热等静压条件下,采用原位合成技术,以TiH_2、B_4C和SiC为原料,制备TiB_2-TiC_x和TiB_2-TiC_x/SiC复相陶瓷,并对制备工艺和性能进行了研究。 本文使用纯钛包套,避免了玻璃包套融化渗入样品的发生,提高了热等静压工艺的成功率。 利用Ti-B-C三元系在1600℃下的平衡相图和Ti-B-C三元系中已知的热力学数据。对该体系中未知的化合物的热力学数据进行了估算。同时根据热力学稳定相平衡的条件,对Ti-B-C三元系处于稳定状态时各组元的化学势进行计算。据此,分析Ti和B_4C反应形成TiB_2-TiC_x复相陶瓷的反应扩散路径为:Ti/TiC_x/TiB/Ti_3B_4/TiB_2/B_4C。 研究了不同SiC添加量的TiB_2-TiC_x/SiC复相陶瓷组成物相、晶粒形貌、相对密度、维氏硬度、断裂韧性等性能。研究表明:TiB_2-TiC_x复相陶瓷最多添加SiC为15mol。添加SiC低于15mol对复相陶瓷性能影响不大,其维氏硬度和断裂韧性分别在19.084GPa和4.121MPam~(1/2)以上。高于15mol材料的相对密度、硬度和断裂性能开始下降。 比较研究了TiB_2-TiC_x和TiB_2-TiC_x/SiC复相陶瓷在不同温度,不同气氛下的氧化行为,并结合复相陶瓷的显微结构分析,系统地分析了复相陶瓷的氧化机理,得出:TiB_2-TiC_x材料的最高有效抗氧化温度为700℃,而TiB_2-TiC_x/15SiC材料提高到1100℃;TiB_2-TiC_x/15SiC复相陶瓷的高温氧化动力学曲线符合抛物线规律;TiB_2-TiC_x/15SiC长时抗氧化性强于TiB_2-TiC_x。TiB_2-TiC_x/15SiC的氧化活化能为189.8743KJ.mol~(-1),远高于Ti(?) TiC_x的96.442KJ.(?)~(-1)。


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