TiB₂/Ti₂AlN复合材料的合成及机械性能研究

【作者】 李小强； 周有福； 王坤； 许文涛； 向明；

【机构】 中国科学院福建物质结构研究所； 中国科学院大学；

【摘要】 Ti₂AlN属于MAX相,同时具有陶瓷及金属的优良特性。TiB₂因其具有高硬度和弹性模量、优异的稳定性及适宜的热膨胀系数,故选TiB₂作为Ti₂AlN陶瓷增强相。以单质Ti、Al、AlN、BN为原料,按摩尔比为7:2:1:2球磨混合后,在Ar气氛下无压1450℃进行加热保温,从而获得摩尔比1:3的纯TiB₂/Ti₂AlN粉体。所得粉体经球磨干燥,在Ar气氛中,1300℃施压30MPa热压烧制了较纯TiB₂/Ti2AlN陶瓷复合材料,并测试分析了其纯度、硬度、弯曲强度与断裂韧性等性质。通过XRD谱、断面SEM图可知粉体及热压烧结块体材料具有较高纯度,此外,Ti₂AlN平均粒径在5μm左右,说明加入TiB₂对于Ti₂AlN晶粒生长具有抑制效果,起到细晶强化作用。测试结果表明:陶瓷复合材料块体硬度为9.05GPa.高于Ti₂AlN理论硬度4.0GPa,同时,TiB₂/Ti₂AlN复合材料弯曲强度为479MPa,断裂韧性达到8.046MPa·m?,,较Ti2Al N理论值4.5MPa·m?具有显著增强效果。断口裂纹扩展方式研究表明TiB₂的掺入导致了复合材料内部裂纹偏转,裂纹桥联等增韧机制的产生,从而TiB₂/Ti₂AlN复合材料的断裂韧性获得了较大提高。因此TiB₂的反应掺入使得TiB₂/Ti₂AlN复合材料具有优异的机械性能。更多还原