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本文分别阐述了金属间化合物和陶瓷基复合材料的研究进展,金属间化合物陶瓷基复合材料所具有的优越性能和潜在的发展应用前景以及稀土在制备金属间化合物中的应用,全面介绍了金属间化合物陶瓷基复合材料的制备方法、组织结构和机械性能等方面的国内外研究进展。本文作者采用金属间化合物Ni3Al 熔体无压渗透TiC-Ni3Al 预制件制备Ni3Al/TiC 复合材料。无压熔渗法被认为是一种制备金属间化合物陶瓷基复合材料的即经济又有效的方法。
本文中研究了稀土对采用自蔓延高温反应合成的预制件TiC-Ni3Al 与金属间化合物Ni3Al 的浸润性、渗透性能和渗透动力学。并对复合材料做了室温强度、维氏硬度、断裂韧性、杨氏模量的进行了测试分析。采用了SEM、EDS、XRD 和金相显微镜等测试分析手段,对复合材料的组织结构和断裂方式进行观察分析,探讨了复合材料熔渗过程中组织的演化形成、组织和性能的关系和复合材料强化机制等。
研究结果表明金属间化合物Ni3Al 与预制件TiC-Ni3Al 具有很好的浸润性,并形成致密无缺陷的组织。稀土能够大大缩短熔渗时间,Ni3Al 与预制件TiC-Ni3Al 在熔渗过程中保持各自的化学稳定性,XRD 分析结果表明Ni3Al/TiC 复合材料中除了Ni3Al 和TiC两相,只存在少量的α-Al2O3 相,渗透过程中无新相产生。Ni3Al 在预制件TiC-Ni3Al 中的渗透深度与渗透时间呈抛物线关系,渗透速度随渗透时间的增加而降低,且随预制件相对密度的增大而降低。复合材料Ni3Al/TiC 三点弯曲强度高达1498MPa,低强度值区比Pulcknett 测得的高148 Mpa,强度可靠性比较理想。Ni3Al/TiC 复合材料的维氏硬度和洛氏硬度随TiC 体积分数的增加而增加,当稀土含量为0.6%时,洛氏硬度最高可达56.67HRC,维氏硬度最高可达652.6(Hv0.1);断裂韧性随TiC 体积分数的增加而降低,断裂韧性最高达10.92MPa·m1/2。