论文部分内容阅读
金属熔体无压浸渗陶瓷预制块制备金属基复合材料是一种低成本、快速高效、近终形复合材料制备方法；但是,实现这一过程的前提是陶瓷与金属间有良好的润湿性。一般情况下,陶瓷与金属镁体系间的润湿性不是很好,如常用的Mg-Ti-C、Mg-Ti-B、Mg-B4C等陶瓷/镁体系。为了改善金属熔体与陶瓷体系的润湿性,一种简单的做法是向陶瓷预制块中加入第三相高熔点金属组元,以减小熔融金属的表面张力和液/固界面张力,并减轻或抑制液/固界面反应。本文以高熔点、与镁不互溶的金属Ti作为熔融镁浸渗B4C陶瓷预制块的诱发剂,实现了有效改善B4C/Mg体系的润湿性,从而成功制备出B4C/Mg系超轻陶瓷增强镁基复合材料；并对该制备过程的浸渗动力学、浸渗机制以及该复合材料的相关性能进行了研究。首先,依据预制块致密度和复合材料增强相间的定量关系,在不同实验条件下(Ti颗粒的体积百分含量、制备温度、保温时间、预制块致密度、原始颗粒度大小等),制备出陶瓷增强相体积可控的超轻颗粒混杂增强B4C/Mg复合材料,实现了复合材料设计-制备一体化。研究了不同制备条件下复合材料浸渗动力学及其影响因素,发现所添加的Ti颗粒体积百分含量越高、制备温度越高、保温时间越长、陶瓷预制块的致密度越高以及原始颗粒度相差越小时,镁熔体向预制块中的浸渗深度就越大,也即有利于镁熔体向预制块的渗入。同时发现,在不含诱发剂Ti时,即使延长保温时间、提高制备温度、增加预制块致密度或者减小原始颗粒尺寸差,镁熔体的自发渗入几乎不可能发生。其次,针对B4C/Mg复合材料体系,考察了Ti的体积百分含量、制备温度、保温时间、预制块致密度、原始颗粒度等对所制备的复合材料相组成和微观组织的影响。结果表明,在所研究的实验条件下,该体系复合材料中均仅含Mg、B4C、Ti、MgB2等四相,这四相的存在,进一步说明Ti-B4C-Mg三元体系之间有良好的润湿性,且彼此之间没有发生任何反应。由于Ti的体积百分含量很低,在复合材料微观组织中很难观察到Ti的存在,B4C呈颗粒状均匀分布在镁基体中,起到了强化作用,进而大大改善了复合材料的性能。最后,对所制得的镁基复合材料的摩擦磨损性能、硬度和密度等进行了测定和表征。