基于三种固相还原法的TiB2粉体合成及其烧结性能研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于三种固相还原法的TiB2粉体合成及其烧结性能研究李浩二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501136广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于三种固相还原法的TiB2粉体合成及其烧结性能研究李浩指导教师姓名、职称：郭伟明教授专业或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年05月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterofEngineeringScience(MasterofEn

2、gineeringScience)StudyonSynthesisandSinteringPropertiesofTiB2PowdersBasedonThreeDifferentSolid-stateReductionMethodsCandidate：LiHaoSupervisor：Prof.GuoWeimingMay2018SchoolofEletromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要TiB2陶瓷具有高硬度、高强度和良好的耐磨性等优

3、良性能，能被用作刀具切削、轻型装甲和耐磨材料。目前，主要研究重点是寻求合适的烧结工艺以及添加剂来提升TiB2陶瓷的性能。然而，TiB2粉体的品质（粒径和杂质含量）本身也会影响陶瓷的烧结以及性能。因此，本文通过硼热还原法、B4C还原法和硼热/碳热还原法等三种固相还原法合成了TiB2粉体。然后以合成的三种TiB2粉体为原料，以Ni和SiC分别作为烧结助剂，通过热压烧结制备TiB2基陶瓷，研究了粉体特征对致密化、显微结构和力学性能等影响。首先以TiO2、B、B4C和C为原料，利用硼热还原法、B4C还原法和硼热/碳热还原法合成三种TiB2粉体，对三种固相还原法的机理以及合成的TiB2粉体进

4、行对比研究。结果表明：硼热还原法中TiB2开始为主相的温度是1000℃，B4C还原法中TiB2开始为主相的温度是1100℃，硼热/碳热还原法中TiB2开始为主相的温度是1300℃。硼热还原法合成的TiB2粉体粒径最细（0.39μm），硼热/碳热还原法合成的粉体TiB2粉体粒径最粗（0.87μm）；硼热还原法合成的TiB2粉体的氧含量最高（1.37wt%），而硼热/碳热还原法合成的TiB2粉体氧含量最低（0.83wt%）。然后以三种不同方法合成的TiB2粉体为原料，以Ni作为烧结助剂，在1800℃热压烧结制备了TiB2陶瓷，研究了其陶瓷烧结致密化、显微结构以及力学性能。结果表明：通过

5、B4C还原法合成的TiB2粉体，具有更好的烧结性能，烧结制备的TiB2陶瓷致密度达到93.7%。以硼热还原法、B4C还原法和硼热/碳热还原法合成的三种TiB2粉体为原料所制备的TiB2陶瓷均表现出部分织构化现象，晶粒均呈板状形貌，晶粒尺寸较大，分别为25.3μm、7.5μm和32.4μm。以B4C还原法合成的TiB2粉体为原料制备的TiB2具有相对较好的综合力学性能，其维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为1/218.6±2.1GPa、416.7±10.9MPa和6.72±0.08MPa∙m。最后，为了进一步提高TiB2基陶瓷的致密度并细化TiB2晶粒，以SiC作为第二相，研究三种不同

6、方法合成的TiB2粉体对热压TiB2-SiC复相陶瓷的致密化、显微结构和力学性能等影响。结果表明：以硼热还原法、B4C还原法和硼热/碳热还原法合成TiB2粉体作为原料，均实现了TiB2-SiC复相陶瓷的致密化，相对密度分别为99.9%、98.7%和99.5%。所制备的三种复相陶瓷中TiB2粒径尺寸接近，约为2μm。与Ni相比，SiC显I广东工业大学硕士学位论文著地改善TiB2基陶瓷致密化并细化晶粒。三种TiB2-SiC复相陶瓷的硬度数值接近，分别为25.1±1.1GPa、26.5±1.3GPa和26.1±1.8Gpa。但是，以硼热还原法和硼热/碳热还原法合成TiB2粉体作为原料所制

7、备的TiB2-SiC复相陶瓷具有相对更好的抗弯强度和断裂韧性，抗弯强度分别为747.2±60.5MPa和750.3±87.4MPa，断裂韧性分别为1/21/210.53±0.90MPa∙m和10.24±1.83MPa∙m。关键词：TiB2粉体；固相还原；TiB2基陶瓷；致密化；力学性能；IIABSTRACTABSTRACTTitaniumdiboride(TiB2)havereceivedconsiderableattentionascuttingtools,ligh