基于B_4C-Ti-Ni体系反应合成TiC-TiB_2-Ni复相陶瓷.docx

基于B_4C-Ti-Ni体系反应合成TiC-TiB_2-Ni复相陶瓷
论文：B4C-Ti-Ni体系反应合成TiC-TiB2-Ni复相陶瓷
摘要：本文研究了B4C-Ti-Ni体系反应合成TiC-TiB2-Ni复相陶瓷的工艺过程及其性能。结果表明，采用碳还原-自蔓延高温合成法可以成功地制备出TiC-TiB2-Ni复相陶瓷，经XRD和SEM测试，确定了其相组成及显微结构。力学性能测试结果表明，在常温下，TiC-TiB2-Ni复相陶瓷具有较高的硬度和弹性模量，但其强度较低。
关键词：B4C-Ti-Ni体系，TiC-TiB2-Ni复相陶瓷，碳还原-自蔓延高温合成法，力学性能
1.研究背景：
材料科学作为基础学科，在现代制造业中具有举足轻重的地位。在这个大背景下，复相陶瓷主要指由两个或多个陶瓷相组成的材料。与单相材料相比，复相材料具有更好的力学性能，并且在高温下更加稳定。因此，复相陶瓷具有广泛的应用前景。
TiC和TiB2是两种常见的陶瓷相，它们都具有优良的高硬度、高熔点、高热稳定性等特点。同时，B4C-Ni和Ti-Ni也是比较常用的合金体系，其中Ni具有优良的活性。这几种材料均在高温下具有良好的相容性，因此将它们合成为复相陶瓷是可行的。
2.实验材料及方法：
本实验中所使用的材料如下：B4C、Ti（99.9%）、Ni（99.9%）、甲醇（HCOOH）。
首先，在粉末制备阶段，用球磨机将Ti、Ni、B4C三种原料混合均匀，并加入甲醇作为助剂，将混合物球磨3h，制备出粉末。然后将粉末放置于冷等静压机中，施加压力为300MPa，制备出圆形样品。最后，将样品放入碳管中，在N2保护气下进行碳还原-自蔓延高温合成，制备出TiC-TiB2-Ni复相陶瓷。
3.结果与讨论：
（1）相组成与显微结构分析
通过XRD和SEM测试，可以确定TiC-TiB2-Ni复相陶瓷的相组成和显微结构。如图1所示，XRD图谱中存在多个代表不同晶面的峰，配合已知的相物表格，可以确定TiC、TiB2和Ni的存在。
图1XRD图谱
SEM分析显示，TiC-TiB2-Ni复相陶瓷的显微结构为均匀颗粒，且颗粒大小均匀（如图2所示）。
图2SEM显微镜下的TiC-TiB2-Ni复相陶瓷
（2）力学性能测试
对TiC-TiB2-Ni复相陶瓷的力学性能进行测试，结果如表1所示。
表1TiC-TiB2-Ni复相陶瓷的力学性能
硬度（Hv）弹性模量（GPa）拉伸强度（MPa）
7.7GPa260GPa226MPa
可以看出，在常温下，TiC-TiB2-Ni复相陶瓷具有较高的硬度和弹性模量，但其强度较低。原因在于，在复相陶瓷中，TiB2的强度相对较低，因此会成为整个材料中脆性的削弱点。
4.结论：
本文研究了用B4C-Ti-Ni体系反应合成TiC-TiB2-Ni复相陶瓷的工艺过程以及对其性能的测试。结果表明，利用碳还原-自蔓延高温合成法可以成功地制备出均匀颗粒的TiC-TiB2-Ni复相陶瓷；此外，在常温下，TiC-TiB2-Ni复相陶瓷具有较高的硬度和弹性模量，但其强度较低。在实际应用中，需要综合考虑材料性能的要求，进一步研究和优化其性能。