TiB2基可加工陶瓷的制备研究

论文摘要

陶瓷材料由于具有耐高温、高硬度、耐磨、抗腐蚀等诸多优点,在结构材料的应用中取得了令人瞩目的成就,但固有的脆性缺陷以及难加工问题限制了它的进一步广泛使用。根据陶瓷加工的材料去除原理,通过相应的组分设计和热处理工艺,可控制材料的显微结构及晶界应力,使陶瓷内部产生弱结合面,进而获得陶瓷材料的可加工性。 本研究中选择具有优异性能的TiB2陶瓷为基体,六方BN为添加剂,通过Hybridization系统、行星球磨系统以及喷雾干燥系统等粉体表面改性方法和真空热压烧结技术来制备TiB2基可加工复相陶瓷。主要对粉体表面改性技术的工艺参数和特点进行研究,分析其对粉体改性效果和材料性能的影响;通过优化相关工艺参数,制备可加工的TiB2基复相陶瓷,分析其加工原理。 研究结果表明,采用Hybridization系统、行星球磨系统以及喷雾干燥系统等机械方法均可实现BN对TiB2的粉体表面改性,且工艺简单,参数易控:其中喷雾干燥系统能够使复合粉末获得良好的球形化,效果最佳,经过真空热压烧结以后也可以获得良好的力学性能,断裂韧性达到4MPa.m1/2,抗弯强度240 MPa。 通过优化粉体表面改性工艺参数,采用真空热压烧结技术可以制备出具有弱界面结构的TiB2/BN复相陶瓷。观察其显微结构,可以看出原料分布均匀,材料断裂时以沿晶断裂为主,使得材料的断裂韧性得以提高。当BN含量大于20 vol%时,所制得的TiB2/BN复相陶瓷材料具有良好的可机械加工性能。 由于材料的破坏和加工都决定于材料内部微裂纹生成的难易程度和扩展程度,而材料内部裂纹的萌发、扩展和相互作用集中表现在材料的晶界和相界面上;因此,本研究通过有效的设计和控制界面结构,改变材料内部微裂纹的萌生和扩展条件,为可加工陶瓷的设计和制备提供新的研究途径。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 可加工陶瓷理论概述
• 1.2 可加工陶瓷研究进展
• 1.2.1 可加工玻璃陶瓷
• 1.2.2 层状结构陶瓷
• 1.2.3 多孔结构陶瓷
• 1.2.4 磷酸盐类陶瓷（氧化物陶瓷）
• 1.2.5 纳米复相陶瓷
• 1.3 实验目的及意义
• 2及BN性能简介'>1.3.1 TiB₂及BN性能简介
• 1.3.2 实验目的及意义
• 第2章 实验内容
• 2.1 实验过程设计
• 2.2 实验所用原料介绍
• 2.3 实验所用仪器介绍
• 2.3.1 Hybridization系统工作原理及操作条件
• 2.3.2 行星球磨系统简介
• 2.3.3 喷雾干燥系统简介
• 2.4 测试方法介绍
• 2／BN复合粉末制备研究'>第3章 TiB₂／BN复合粉末制备研究
• 2／BN复合粉末'>3.1 Hybridization系统制备TiB₂／BN复合粉末
• 3.1.1 处理时间对粉体改性效果的影响
• 3.1.2 主机转速对粉体改性效果的影响
• 3.1.3 原料粒径比对粉体改性效果的影响
• 3.1.4 最佳工艺条件下所得复合粉末的显微结构
• 2／BN复合粉末'>3.2 行星球磨系统制备TiB₂／BN复合粉末
• 2／BN复合粉末'>3.3 喷雾干燥系统制备TiB₂／BN复合粉末
• 3.4 结论
• 2／BN复相陶瓷'>第4章 热压烧结制备TiB₂／BN复相陶瓷
• 4.1 烧结传质的一般机理
• 2／BN复相陶瓷烧结过程分析'>4.2 TiB₂／BN复相陶瓷烧结过程分析
• 第5章 材料性能及显微结构分析
• 5.1 Hybridization系统工艺参数对材料性能及结构的影响
• 5.1.1 主机转速对材料性能及显微结构的影响
• 5.1.1.1 主机转速对材料性能的影响
• 5.1.1.2 主机转速对材料显微结构的影响
• 5.1.2 处理时间对材料性能及显微结构的影响
• 5.1.2.1 处理时间对材料性能的影响
• 5.1.2.2 处理时间对材料显微结构的影响
• 5.2 原料处理方法对材料性能及显微结构的影响
• 5.2.1 原料处理方法对材料力学性能的影响
• 5.2.2 原料处理方法对材料显微结构的影响
• 2／BN复相陶瓷断裂方式分析'>5.3 TiB₂／BN复相陶瓷断裂方式分析
• 2／BN复相陶瓷可加工性能分析'>5.4 TiB₂／BN复相陶瓷可加工性能分析
• 5.4.1 陶瓷材料可加工性能的评估及表征
• 5.4.2 BN含量对材料可加工性能的影响
• 5.4.3 可加工陶瓷研究前景
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的学术论文