短纖維-Ti(C,N)基金屬陶瓷復(fù)合材料工藝及性能研究.pdf

1、Ti(C,N)基金屬陶瓷是一種具有優(yōu)異高溫力學(xué)性能的功能結(jié)構(gòu)材料，是傳統(tǒng)硬質(zhì)合金的首選替代產(chǎn)品，目前，其在機(jī)械切削加工、航空航天、地質(zhì)勘探、石油化工、汽車零部件等領(lǐng)域均有應(yīng)用。但是，Ti(C,N)基金屬陶瓷強(qiáng)度和韌性不足的缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了其在更大范圍內(nèi)的進(jìn)一步應(yīng)用推廣。因此，Ti(C,N)基金屬陶瓷的強(qiáng)韌化性能研究成為國內(nèi)外科研工作者們研究的重點(diǎn)。目前，研究者們主要通過優(yōu)化原料配方、細(xì)化原料顆粒、改進(jìn)生產(chǎn)工藝等方法對(duì)Ti(C,N)基金屬

2、陶瓷的強(qiáng)度和韌性進(jìn)行改善。但是，對(duì)于纖維增韌Ti(C,N)基金屬陶瓷的研究，至今未見任何相關(guān)報(bào)道。鑒于此，本文對(duì)短纖維/Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行研究。
　　首先，研究了碳纖維添加量對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著碳纖維添加量的增加，Ti(C,N)基金屬陶瓷材料的斷面層次感增強(qiáng)，斷口處露出纖維數(shù)量逐漸增多，材料斷裂機(jī)制主要表現(xiàn)為微裂紋偏轉(zhuǎn)、纖維脫粘、纖維拔出、纖維斷裂和纖維橋聯(lián)

3、，材料密度逐漸降低，孔隙率變大，材料抗彎強(qiáng)度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)碳纖維添加量為4wt％時(shí)，材料整體力學(xué)性能達(dá)到最佳，材料硬度為12.25GPa，抗彎強(qiáng)度為446.37MPa，相對(duì)于未添加碳纖維的Ti(C,N)基金屬陶瓷提高了9.3%，說明添加適量碳纖維可以改善Ti(C,N)基金屬陶瓷的強(qiáng)度和韌性。
　　其次，研究了碳纖維表面改性、纖維鍍層厚度和改性纖維球磨時(shí)間對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，添加

4、表面改性碳纖維可以大大改善纖維與基體之間的相容性，進(jìn)而改善材料整體性能，但是，纖維鍍層過厚時(shí)，材料基體內(nèi)孔隙率過高，缺陷數(shù)量增多，材料力學(xué)性能下降，同時(shí)隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，添加纖維尺寸不斷變小，材料性能不斷降低，當(dāng)纖維厚度為1μm、球磨時(shí)間為0.5h時(shí)，既可大大改善纖維與基體間的相容性又可控制材料內(nèi)部孔隙率不致過高。
　　最后，研究了氧化鋁纖維添加量對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，材料密度和孔隙率在纖