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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

程抱昌  
【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。


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