熔融渗Si法制备TiB2-MoSi2-SiC复合材料的组织和性能

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TiB2具有高熔点、高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗氧化、良好的导电性和导热性等优异性能,在冶金、化工、机械等领域具有广泛应用前景。目前TiB2的制备方法主要有无压烧结、热压烧结和放电等离子烧结等,但是这些方法都存在着烧结温度高、产品尺寸和形状受限等缺点。本课题针对以上问题,基于反应烧结的原理,采用真空熔融渗Si法制备TiB2-MoSi2-SiC复合材料,此新工艺具有简单实用、烧结温度低、制品的尺寸和形状不受限制等优点。本实验主要探究了 Mo含量、熔渗温度对TiB2-MoSi2-SiC复合材料物相组成、显微组织、致密度和力学性能的影响,并进一步探究了 TiB2复合材料的导电性能、抗氧化性能及铝电解抗侵蚀性能,具体实验结果如下:以TiB2粉、Mo粉、酚醛树脂和Si块为原料,在1450℃×30 min的真空条件下,熔融渗Si制备TiB2-MoSi2-SiC复合材料。研究表明:复合材料由TiB2、MoSi2、SiC、Si和Ti0.4Mo0.6Si2五相组成,Si以游离态的形式填充在各物相之间并形成连续相;随着Mo含量的增加,复合材料中MoSi2和SiC的含量及大尺寸MoSi2颗粒数量逐渐增加,残留Si含量逐渐降低,开孔气孔率整体呈下降趋势,复合材料的体积密度、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度呈增加趋势,当Mo含量为15 wt.%时,材料的性能最佳。其体积密度、开孔气孔率、抗弯强度、断裂韧性、维氏硬度和电阻率分别为3.89 g·cm-3、0.40%、358 MPa、5.9 MPa.m1/2、20 GPa 和 6.31×10.7 Ω·m。在确定Mo的添加量为15 wt.%的基础上,进一步研究了熔渗温度对TiB2-MoSi2-SiC复合材料显微组织及性能的影响。研究表明:不同熔渗温度(1450-1650℃)下复合材料均由TiB2、MoSi2、SiC、Si和Ti0.4Mo0.6Si2五相组成;随着熔渗温度的提升,复合材料中SiC的含量呈增加趋势、MoSi2和游离Si呈减少趋势,在高温下MoSi2颗粒尺寸明显增大;复合材料的体积密度、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度均随熔渗温度的升高呈降低趋势,开孔气孔率则呈逐渐增加趋势;在熔渗Si过程中,Mo向熔渗剂Si中扩散、流失,导致复合材料中MoSi2的含量降低。通过对TiB2-MoSi2-SiC、TiB2-SiC和TiB2-MoSi2三种复合材料的氧化行为研究结果表明,在400~1350℃范围内三种复合材料均表现出良好的抗氧化性能,复合材料氧化层厚度均随氧化温度的增加呈现先增加后降低的趋势;随着温度升高,TiB2先被氧化,MoSi2随后被氧化,SiC最后被氧化;当氧化温度为1350℃时,TiB2-MoSi2-SiC复合材料的抗氧化性能最佳;950℃电解铝侵蚀实验中,TiB2-SiC复合材料抗铝水侵蚀能力最佳。
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