碳纳米管增强多孔TiC-TiB2复合材料的研究

来源 :山东科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mldn2006
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TiC-TiB2复合材料具有优良的综合力学性能,在室温和高温下具有化学稳定性,将其做成多孔材料,利用其优良的高温性能及多孔材料的特殊结构,可成为理想的过滤体材料及催化剂载体。此外,碳纳米管由于具有良好的力学性能和可塑性已被广泛应用在增强复合材料性能中。本文以Ti-B4C为反应体系,通过反应烧结(RS)和自蔓延高温合成技术(SHS)制备多孔TiC-TiB2复合材料,探索工艺方法、反应体系配比和碳纳米管对组织结构、抗压强度的影响。  采用真空烧结工艺制备了TiC-TiB2复合材料,通过XRD、SEM、EPMA、FESEM等手段研究了保温时间及碳纳米管(CNTs)对陶瓷基复合材料组织和性能的影响。结果表明:反应产物中主要物相有TiC、TiB、Ti3B4、TiB2,基体上存在大量的开孔和闭孔。与未添加CNTs的基体组织相比,CNTs通过阻碍晶粒生长使陶瓷晶粒得到了细化,同时CNTs存在于即将脱离的块体之间,将其牵拉在一起。CNTs与Ti反应生成的TiC会相互连接成网状骨架结构,使得基体强度提高,但当CNTs添加量较多时,因为出现团聚,会降低强度。  通过自蔓延高温合成技术制备了不同原料配比的TiC-TiB2复合材料,实验结果表明:反应产物孔洞是开孔与闭孔的复合结构。Ti含量增加,多边形颗粒和类球形颗粒尺寸减小,断面颗粒结合更加紧密。当Ti∶B4C=6∶1时,孔洞壁面出现长度约5μm的TiB长条状颗粒。随着Ti含量增加,其反应路径为Ti+B4C→TiC+TiB2→Ti3B4+TiB2+TiC→Ti3B4+TiB2+TiB+TiC→TiB+TiC,同时反应产物孔隙率降低,抗压强度显著增加。添加不同质量分数的CNTs对反应产物的物相种类及相对含量影响不明显。一部分CNTs与Ti发生反应生成TiC,另有一部分CNTs桥连牵拉在颗粒之间和裂纹处,阻碍裂纹扩展,提高了复合材料强度。随着CNTs添加量的增加,产物的孔隙率逐渐增加,抗压强度也相应的有所提高,但当添加量较多时,由于过量CNTs的团聚,抗压强度下降。
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