微波燒結原位合成TiC增強鈦復合材料的性能

鈦基復合材料有低密度、高比強度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天等領(lǐng)域有潛在的應用前景[1~5] TiC的熱穩定性良好且與Ti基體具有化學(xué)相容性，是鈦基復合材料的理想增強體[6,7] 這種鈦基復合材料的TiC增強相，可外加或原位生成 與外加法相比，原位生成TiC增強相分布均勻，且界面粘結良好[8, 9]，是制備不連續TiC增強鈦基復合材料的一種經(jīng)濟有效方法 碳納米管(MWCNTs)，是原位自生TiC增強鈦基復合材料的一種理想增碳源 與碳粉、石墨、B4C相比，MWCNTs有高強度、低密度和大比表面積等優(yōu)點(diǎn)，還能提高復合材料的強度和摩擦學(xué)性能 Khurram [10]等在鈦基體中只添加0.5%的MWCNTs，就使復合材料的抗壓強度提高到1056 MPa，提高了39% Sun[11]等用真空熱壓燒結制備了MWCNTs增強鈦基復合材料 結果表明，隨著(zhù)MWCNTs添加量的提高TiC增強相的析出量增加，復合材料的硬度和強度提高 K. Kondoh[12]用粉末冶金和熱擠壓法制備CNTs/Ti復合材料，原位合成的TiC顆粒均勻、細小分布 生成的TiC增強相，可提高復合材料的高溫性能 微波燒結，有燒結快、高效節能和改善材料組織、提高材料性能等優(yōu)點(diǎn) 朱鳳霞等[13]用微波燒結純銅壓坯，可在短時(shí)間內使其致密化，相對密度達到97.3% 羅軍明等[14]用微波燒結法制備了TiC/TC4復合材料，其相對密度比真空燒結提高了2%~6%，抗壓強度比用熔鑄法制備的鑄態(tài)鈦基復合材料提高了5%~15% 鑒于此，本文以納米管(MWCNTs)和純鈦為原料用微波燒結法原位合成TiC增強鈦基復合材料，研究MWCNTs的添加對復合材料的組織和性能的影響，并探討TiC增強相的生成機理 1 實(shí)驗方法 選用多壁碳納米管(MWCNTs)為原位自生TiC增強相的供碳源 如圖1a所示，純化處理后多壁碳納米管呈管狀重疊分布，表面的不定形碳較少，長(cháng)度為50~60 nm 純化的目的是使碳納米管帶有羧基、羥基等基團，提高其親水性并使碳納米管在鈦粉中分散均勻 基體材料選用片狀鈦粉，如圖1b所示，其表面光滑且尺寸較為均勻 圖1 圖1制備鈦基復合材料用原材料 Fig.1Raw materials for preparing titanium matrix composites (a) purification