SPS燒結Ti（C，N）基金屬陶瓷的組織結構與性能.pdf

1、放電等離子燒結（Spark Plasma Sintering，簡稱SPS），是近幾年在材料領域興起的一種新技術。SPS 燒結時通過綜合控制直流脈沖通電初期的電火花放電造成的局部高溫場、放電沖擊壓力、表面凈化作用、焦耳加熱以及電場擴散等效果，達到快速燒結的目的。 本文采用X 射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、X射線能譜（EDS）等實驗手段系統地研究了用放電等離子燒結法制備Ti(C,N)基金屬陶瓷的成分、制

2、備工藝、組織結構和性能之間的關系。 本文首先簡要介紹了Ti(C,N)基金屬陶瓷制備技術的發(fā)展概況，然后綜述了SPS燒結技術在陶瓷材料制備中的應用，總結了SPS 燒結機制，以及SPS 燒結時的溫度場、脈沖電磁場作用機理的研究進展。在此基礎上指出了本文的研究目的和意義。 對Ti(C,N)基金屬陶瓷SPS 燒結過程中的相變和組織結構變化規(guī)律進行了研究。 實驗發(fā)現，在1200℃以上，金屬陶瓷內部基本只存在硬質相和粘結相兩

3、種相，Rim相的厚度非常小。隨著燒結溫度的增加，至1350℃時，TiC 點陣常數不斷增大。1400℃燒結時，TiC 相點陣常數急劇降低。Ni 相點陣常數隨燒結溫度的升高而增加。在脈沖磁場的作用下，磁性Ni 原子在脈沖磁場的作用下有向燒結體外部流動的趨勢，造成金屬陶瓷Ni 相含量的降低。 研究了SPS 燒結Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織的形成及特點，并與真空燒結進行對比，發(fā)現SPS 燒結時抑制晶粒長大的作用十分明顯，液相燒結階段

4、的溶解－析出機制與真空類似。對Ti(C,N)基金屬陶瓷的SPS 燒結工藝進行了系統的研究，得到了其優(yōu)化的燒結工藝。 研究了晶粒長大抑制劑VC 對Ti(C,N)基金屬陶瓷組織和性能的影響，在沒有加入晶粒長大抑制劑時，硬質相顆粒發(fā)生較大的團聚現象，金屬陶瓷顯微組織分布很不均勻。加入0.6wt％VC 后，除少數大顆粒硬質相外，大部分硬質相的晶粒尺寸約為0.05～0.3 m μ，金屬陶瓷的顯微組織分布均勻，金屬陶瓷有較高的性能。

5、 研究了納米粉的加入量對金屬陶瓷組織和性能的影響。實驗結果表明：與加入20wt％和60wt％納米粉相比，加入100％納米粉后，金屬陶瓷的抗彎強度最高，與真空燒結相比，SPS 燒結時因為燒結時間短，晶粒長大得到抑制。 最后探討了SPS 燒結納米級Ti(C,N)基金屬陶瓷相界面的特點。實驗表明：SPS燒結Ti(C,N)基金屬陶瓷中，Rim 相由一些晶粒尺寸小于20nm 的亞晶粒組成，這些細小的晶粒對改善Rim 相的塑性有較好的作用。