烧结温度对ti(c,n)基金属陶瓷显微组织与力学性能的影响

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1、...龙岩学院毕业论文（设计）题目：烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织及力学性能的影响学院：化学与材料学院专业：　　材料科学与工程　学号：2011061502作者：　　　星光指导教师(职称)：吴鹏（讲师）二0一五年二月一日......烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织及力学性能的影响摘要：本文采用真空烧结工艺制备了Ti(C,N)基金属陶瓷，研究了不同烧结温度对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织及力学性能的影响，使用了扫描电子显微镜（SEM）观察了Ti(C,N)试样的显微组织，使用万能试验机和洛氏硬度计测试了材料的力学性能。结果表明：随着烧结温度的升高，Ti(C

2、,N)基金属陶瓷的显微组织变得更加均匀，抗弯强度逐渐增大。在1440℃烧结，保温时间60min，表现出最佳力学性能。当烧结温度继续升高时，Ti(C,N)基金属陶瓷的性能有所下降。关键词：烧结温度；Ti(C,N)基金属陶瓷；显微组织；力学性能1引言材料作为人类社会进步文明的物质基础，在人类的历史上有着无法替代的作用和地位。材料作为人类社会进步文明的物质基础，在人类的历史上有着无法替代的作用和地位。值得注意的是，现代先进科技的迅速发展，恶劣的工作环境(高温、腐蚀、磨损等)使得对材料的应用提出了越来越苛刻的要求。对材料的质量、强度、韧度、抗氧化性及腐蚀性等提出更高的要求。因为传统

3、的单一材料根本无法满足人类目前以上性能的需求，因此人们必须寻找一种新的材料。在新型材料研究、开发和应用，在特种性能的充分发挥以及传统材料的改性等方面，材料科学都肩负着重要的历史使命[1]。于是，工程结构陶瓷便应运而生。它是伴随现代科学和工程技术的发展以及世界能源危机而兴起的一个新的陶瓷材料领域，近年来发展十分迅猛,研究成果日新月异，已成为无机材料体系中的一大分支[2]。1.1Ti(C,N)基金属陶瓷的发展概况Ti(C,N)基金属陶瓷，是一种由金属或合金同一种或几种陶瓷相所组成的非均质复合材料，其中陶瓷相约占l5%～85%(体积比)，同时在制备的温度下，金属和陶瓷相之间的溶解

4、度相当小[3]。Ti(C,N)基金属陶瓷具有较高的硬度、耐磨性、良好的热导率和化学稳定性、优异的抗蠕变性、极低的摩擦因数，因而受到国内外的普遍关注[4-5]。在1950年TiC金属陶瓷烧结工艺成功开始，人们把大量的目光聚集到切削工具材料上来，通过加入碳化物来增强硬质相。到90年代初，Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料占所有刀具材料市场份额的30%[6]。当用其做刀具时，其使用寿命也比硬质合金高，如图1所示[7]。图1切削铸铁GGG40时金属陶瓷与其它刀具寿命的比较金属陶瓷既有陶瓷的高强度、高硬度、抗高温和抗氧化等优良性能，又有金属的韧性。和之前的WC基硬质金属相对比，现今的T

5、i(C,N)基金属陶瓷具有优良的性能，已经成功的引入了金属削切工业，其具备的多种优良性能使其广泛应用于今天的火箭、导弹、超音速飞机的外壳、发动机喷口等地方。因此采用Ti(C,N)基硬质合金刀具高速研磨、粗加工、半加工工件的尺寸精度和加工表面质量都优于用TiC基硬质合金刀具所加工的工件。但其强硬度的不足限制了其优越性的发挥。长期以来，如何提高Ti(C,N)基金属陶瓷的强硬度，一直是材料科学工作者的研究方向。......在之前的Ti(C,N)基金属陶瓷研发制备中，很多通过优化配方的成分、制备工艺来提高金属陶瓷的性能，但是对于烧结工艺对于其性能的影响研究比较少，而Ti(C,N)基

6、金属陶瓷制备工艺最关键的是烧结，只有对烧结工艺参数有精准的理解和把握，才有可能制备出性能良好的材料。1.2Ti(C,N)基金属陶瓷的微观结构Ti(C,N)基金属陶瓷的典型显微结构是芯/壳结构(图1.2)，其特征是由TiC或Ti(C,N)陶瓷相为核心，边缘为(Ti,Mo)C或(Ti,Mo)(C,N)固溶体组成的环形结构SS相及Ni、Co和溶入其中的Ti、Mo、C、N等组成的粘结相r相。在陶瓷相周围生成SS相，改善了Ni对Ti(C,N)的润湿性，抑制了Ti(C,N)晶粒长大，有利于碳化物晶粒细化。但是SS相很脆，为了得到性能优异的Ti(C,N)基金属陶瓷，必须控制SS相的生长。

7、图1.2Ti(C,N)基金属陶瓷的典型结构1.3Ti(C,N)基金属陶瓷的性能(l)高硬度耐磨性好。根据实际使用需要，一般硬度可达HRA85-93。具有理想的抗月牙洼磨损能力，其耐磨性可比WC硬质合金高3-4倍。(2)高强度。抗弯强度一般可达1300-2800MPa，断裂韧性可达10-16MPa·m1/2。(3)有较高的抗氧化能力和红硬性。由于采用Ni或Ni+Co。作为粘结剂，其抗氧化能力比WC-Co硬质合金有极大的提高，一般可达1100oC以上，使得其具有较好的高温硬度、高温强度与高温耐磨性。同时，Ti(C,N)