机械合金化法制备超细TiC颗粒及其增强铜基复合材料的研究

【摘要】： 自蔓延高温合成技术（SHS）和机械合金化技术（MA）是七 十年代发展起来的制备材料的两种新技术。它们在材料领域得到了 广泛的应用。一些高放热反应例如Ti和C可通过机械球磨来诱发 自蔓延反应（MSR），使SHS和MA相结合成为MSR技术。本实 验利用MSR和MA技术制备了超细颗粒纳米晶TiC和用此TiC作 增强相的弥散强化铜基复合材料。 在本论文中，Ti和C经机械诱发自蔓延反应过程和影响因素 被详细地描述了。用EPMA，X-ray和激光粒度仪等仪器研究了Ti 和C混合粉末在球磨过程中的结构变化、晶粒尺寸、颗粒度和粉 末颗粒形貌。结果显示Ti和C混合粉末经120分钟左右球磨可被 诱发发生反应，生成平均晶粒度为25nm，平均颗粒度为5.64um 左右的TiC粉末。随球磨时间的延长，平均晶粒度下降，10小时 达到7nm；颗粒有团聚的倾向，球磨28小时后平均颗粒度达到 40.61um。晶格畸变相对较低，衍射峰的宽化主要是由于晶粒的细 化所引起的。刚发生反应后生成的TiC晶格常数大于标准值，随 着过度球磨晶格常数降低。产物粉末具有SHS反应多孔特征。球 料比、球径大小、反应物料配比、过程控制剂和球磨机的类型等外 界因素对反应动力学中的孕育期产生重要的影响。MSR反应受外 界因素影响较大，反应孕育期随球料比增大而降低。当磨球密度和 球料比一定时，增大磨球半径，则孕育期将延长。 球磨Cu-Ti-C混合粉末时，当Cu的质量含量为80％时，球磨 开始阶段Ti和C固溶于Cu基体中形成过饱和固溶体。在行星式 球磨机中球磨10小时后Ti和C偏聚析出发生反应生成TiC。机械 合金化中晶粒和颗粒的细化以及亚晶界和位错等缺陷的产生是形成 过饱和固溶体和第二相沉淀析出的重要原因。当C含量增加一倍 时球磨过程机制将发生变化，生成的TiC又能固溶于铜基体中， 昆明理工大学硕士研究生学位论文 摘 要 随着过度球磨，当CU 晶粒度下降以后，nC 又偏聚到晶界等处析 出。 由 CU．TIC和 Cll．TIC混合粉末经机械球磨后，再经压制、烧 结和热挤压制备成 n 弥散强化铜基复合材料。该体系的最佳烧 结温度为900℃。该材料具有均匀的显微组织和良好的性能。该材 料的相对密度、延展性和导电性随球磨时间的延长和 TIC 含量的 增高而降低，但其硬度、屈服强度和抗拉强度等力学性能却随球磨 时间的延长和 TIC含量的提高而增大。C＼－2．SWt％TIC球磨 15 ’J＼时 后制成的复合材料经热挤压后致密度可达到 94％，屈服强度达到 420MPa，抗拉强度可达到470MPa。