放电等离子烧结（sps）制备陶瓷颗粒增强tial金属间化合物基复合材料的研究

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1、摘要本研究基于目前国内外对TiAl及其复合材料研究动态的基础上，采用放电等离子烧结技术(SPS)，利用TiAI、TiC及其Nb、B合金元素，基于材料复合和合金化的思路，首次探索制备TiC／TiAI、Ti2AlCfriAl金属间化合物基复合材料，旨在通过TiC和Ti2A1C陶瓷颗粒来提高TiAl金属间化合物的室温强度，改善其室温韧性，并探讨其强韧化机理。采用放电等离子烧结(SPS)技术，首次制备了不同TiC含量的TiC／TiAl复合材料，并研究了TiC含量对复合材料力学性能的影响。TiC／TiAI复合材料的抗弯强度和断裂韧性均随T

2、iC的加入量，先增加后降低，并在TiC含量为7％时，复合材料的综合力学性能达到最佳值，弯曲强度为845．47MPa、断裂韧性值达到19．8MPa．m“2。与TiAI金属间化合物相比，室温抗弯强度提高31．5％，断裂韧性提高63．6％，复合材料的显微硬度随TiC含量的增加而提高。XRD分析表明，所得的复合材料中含有TiAt、TiC和少量Ti3A1。．在TiC／TiAI复合材料中，大部分TiC颗粒均匀弥散分布在TiAl晶界，少量小尺寸颗粒存在于TiAI基体内部，形成包晶结构；在烧结过程中TiC可以阻碍TiAI晶粒的氏大，显著细化了T

3、iAI基体组织，同时形成了有效的位错强化机制。细晶强化、弥散强化以及位错的偏析、塞积，被钉扎以及各种位错的交互作用是复合材料增强增韧的主要机制。利用SPS制备TiC／TiAI复合材料的基础上，创新性的研究合金元素Nb、B对复合材料力学性能的影响，制备出Ti2AIC／TiAl复合材料。实验结果表明：与掺量为7％TIC的复合材料相比，制各Ti2AIC／TiAI复合材料的力学性能显著提高，单掺Nb、B制各的Ti2A1C／TiAl复合材料的弯曲强度由原来的845．472MPa分别增加到915MPa、906MPa，提高了8．27％、7．1

4、l％。断裂韧性则由19．8MPa·m№增加到22．89MPa．mm、24．63MPa·m“2，分别提高15．6％、24．39％。通过设计正交实验研究了合金元素Nb、B、TiC的含量及烧结温度对复合材料力学性能的影响，从而确定Ti2AIC／TiAI复合材料制备的最佳方案：TiC颗粒以及合金元素Nb、B掺入的最佳比例为7％、5％、0．35％，烧结温度为1100。C；复合材料的力学性能显著提高，断裂韧性高达26．78MPa．mm，弯曲强度为954．32MPa，比TiC／TiAl复合材料分别提高了35．25％、12．87％，而复合材料的

5、显微硬度的提高则不是很显著。合金元素Nb、B的对TiAl基复合材料的影响主要存在两个方面：一方面有效改1放电等离子烧结(SPS)制备陶瓷颗粒增强TiM金属间化合物基复合材料的研究善复合材料中TiC与TiAI界面结合情况，即通过形成界面产物Ti2AIC，改善TiAI与TiC物相润湿’陛。XRD衍射分析表明复合材料体系物相含有TiAl、Ti2AIC和少量Ti3A】物相。原位生成三元化合物Ti2AIC，与基体有着较好的界面结合，同时也是一种比较理想的陶瓷增强颗粒，有效改善了两相界面的高温润湿性的同时起到了很好的增强作用。另一方面合金元

6、素Nb、B的掺入可以有效强化基体，改善基体性质。Nb原子通过占据Ti原子的位置采取置换固溶的方式进入TiAI晶格，而B原子由于半径比较小，所以采取间隙固溶的方式进入晶格，并分别通过置换强化与固溶强化机制改善复合材料TiAl金属间化合物的性质，有利于Ti2A1C／TiAI复合材料力学性能的提高。HREM观察分析知Ti2AIC000)晶面间距为O．2648nm，TiAI(110)的晶面问距为O2991nm，沿相界两侧的原子部分互相匹配，形成半共格关系。因此可以计算界面品格错配度6=12．1％为半共格结构。复合材料中TiAl晶界，经测

7、量晶面间距分别为0．2462nm、O，2631nm，界面错配度为5=6，6％，因此证明界面结合为共格界面。通过过渡区域的IFFT观察可以看出晶界的结合存在一定的畸变，原子排列总体上是⋯⋯对应的，形成共格关系。关键词：金属间化台物；TiAI基复合材料；放电等离子烧结技2t(SPS)：力学性能合金元素；II济南大学硕士学位论文ABSTRACTBasedoncomprehensiveresearchaboutTiAlintermetallicandTiAl—basedcompositesintheworld，TiC]TiM,Ti2AI

8、CJTiAtcompositesforthefirsttimewerepreparedbySparkPlasmaSinteringtechnique(SPS)withTiAl，TiCandalloyingelementsNb，Basrawmaterialsinv