多孔钛基复合材料制备工艺与性能研究

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多孔钛基复合材料兼具着多孔金属材料与钛基复合材料的优异性能,不仅能够在保证材料综合力学性能的基础上减轻材料重量,还具有更强的韧性,耐腐蚀性以及耐高温性能,因此多孔钛基复合材料具有非常广泛的应用领域及前景。为了对多孔钛更进一步的研究,通过对其制备工艺流程进行优化,将其他具有多种优良特性的增强体与其结合成为先进功能材料或结构材料,以满足不同领域对材料的应用需求。研究颗粒增强体碳化钛和碳化硅对多孔钛基复合材料的孔隙率、孔隙结构、宏观和微观组织以及力学性能等的影响,本文实验采用粉末冶金造孔剂法,选取针状尿素作为造孔剂,在1200℃下真空烧结2h得到多孔钛基复合材料。经过一系列制备以及检测分析后得出如下结论:(1)通过球磨预处理30min后的钛粉与TiC/SiC的混合粉末,经XRD物相检测分析,发现混合物料中无新相的产生。烧结后经过处理的试样中也未发现其他物相衍射峰的出现,这表明在烧结过程中,坯样中未生成其它物质或被污染。(2)经过球磨预处理的物料所制备而成的多孔钛基复合材料,其线切割面更加光滑,组织致密。复合材料内部微观孔洞大小趋于一致,其孔隙率表现出缓慢下降的趋势,但是整体变化不大,都在原本设定的50%左右,另外未经球磨预处理组孔隙率变化没有明显规律。复合材料的横纵收缩率与孔隙率变化趋势基本一致。(3)通过金相显微镜和SEM电子显微镜观测添加了不同含量TiC颗粒增强体的多孔钛基复合材料,其结果表明,复合材料微孔小孔逐渐闭合,数量减少,宏观大孔变化不大。通过硬度测量发现,TiC增强剂的添加能够明显提高复合材料的硬度值,特别是当TiC添加量为6wt.%时,复合材料维氏硬度值达到566.74,相比较于多孔纯钛试样提高了165.32%,与此同时,多孔钛基复合材料试样初始屈服强度值也达到最大为156.45MPa,继续增加TiC,硬度值和初始屈服强度均逐渐降低。(4)在相同的制备工艺条件下,添加不同含量的SiC增强体,制备出了孔隙率介于36.02%~50.87%的多孔钛基复合材料。材料维氏硬度介于246.2~624.03,初始屈服强度为36.89~191.1MPa。添加SiC后,能够促进复合材料致密化程度的提高,孔壁上微观小孔数量的减少,烧结颈渐渐粗大而均匀,这表明SiC的添加促进了复合材料的烧结,最终促进综合力学性能的提高。通过抗压缩力学测验,多孔纯钛的断口形貌分析,其符合脆性断裂的特点,而添加了SiC的复合材料压缩断口形貌主要以塑性断裂为主并伴随局部脆性断裂,复合材料失效应力更大。
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