【摘 要】
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本文采用微波热爆原位合成法,以Ti-Al-B、Ti-Al-C体系混合粉末为原料,制备了 TiB2和TiC颗粒增强的钛铝基复合材料。对两个体系分别进行了热力学分析和动力学分析;运用XRD(X-r
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本文采用微波热爆原位合成法,以Ti-Al-B、Ti-Al-C体系混合粉末为原料,制备了 TiB2和TiC颗粒增强的钛铝基复合材料。对两个体系分别进行了热力学分析和动力学分析;运用XRD(X-ray diffraction,X 射线衍射)、SEM(scanning electron microscope,扫描电子显微镜)、EDS(energy dispersive spectrometer,能谱仪)等鉴定反应产物。此外,本课题也对两种体系制备出的复合材料均进行了氧化性能、压缩等性能研究。结果表明:两体系均可按热力学方向进行反应。传统DSC曲线中,Ti-Al-B、Ti-Al-C体系都分为两个阶段反应。Ti-Al-B(5vol.%,2h)两个阶段反应活化能分别为:723.80KJ/mol和310.05KJ/mol;Ti-Al-C(5vol.%,2h)两个阶段反应活化能分别为:435.61KJ/mol和 466.30KJ/mol。而微波合成中两个体系均只有一个主要的反应峰,两体系微波反应活化能分别为43.21KJ/mol和 26.97KJ/mol。显微组织分析表明:热爆反应产物中增强相为微纳级TiB2和TiC颗粒,基体都包含TiAl和Ti3Al两相(Ti-Al-B体系产物中存在中间相聚集的反应区)。5vol.%Ti-Al-B/C体系中增强相颗粒较少,10vol.%Ti-Al-B/C体系中增强相颗粒较多,但微孔也明显增多;2h球磨时间微波热爆样品的显微组织优于6h球磨时间样品;适当提高烧结温度,延长保温时间可有效降低反应区残留概率。性能研究结果表明:微波合成5vol.%Ti-Al-B/C复合材料致密度可达82-85%,布氏硬度最高可达44.92N/mm2,均优于传统方式合成的钛铝基复合材料及微波合成的钛铝基体。700℃下抗氧化性能优异,900℃下氧化增重常数由于增强相存在而降低至0.010628-0.014618mg2/(mm4·h)。5vol.%Ti-Al-B/C的抗压强度达450MPa和760MPa,压缩率最多可提高至9.98%(5vol.%Ti-Al-C)。抗压强度的提高主要源于增强相位错强化和承重强化两种机制。
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