原位合成Ti-B-Ni系镍基复合材料研究(2)
3.1 热力学分析11
3.1.1 自由能分析11
3.1.2 相图分析..11
3.2 动力学分析.12
3.2.1 制备工艺对复合材料的影响.12
3.2.1.1球磨时间对组织结构的影响.11
3.2.1.2 最高烧结温度对组织结构的影响13
3.2.1.3 Ti-B-Ni(20%)系在不同加热速率下的 DSC 曲线15
3.2.2 增强体体积分数对组织结构的影响.16
结论 ..18
致谢 ..29
参考文献.20
1 绪论
1.1 颗粒增强金属基复合材料概述MMCP 是基体的体积与颗粒增强物的体积比小于 95%的一种以金属为基体的复合材料。它巧妙地综合了陶瓷中增强物很高的弹性模量、硬度大、化学稳定性和热稳定性极好、金属基体的高的抗断裂韧性和耐蚀性、优良的韧性和塑性还有良好的导电性和导热性，可通过改变复合材料的组成，获得以满足先进工程应用需要的合适性能，在汽车、电力、航空航天工业和电子封装结构中都已获得了实际的应用[1]。
1.1.1 颗粒增强金属基复合材料的基体作为结构材料的以金属为基体的复合材料不但具备与其金属或者合金基体相似的特点，而且在耐磨性和高温性能方面有时还会超过其基体金属或合金。对于颗粒增强的以金属为基体的复合材料，其中的基体是最主要的承载物，基体的强度往往决定复合材料的性能。因为以金属为基体的复合材料的成型、复合需要在很高的温度下进行，所以选择增强体和基体时要格外注意它们的互相溶解性(特别注意化学方面的互相溶解性)。
1.1.2 颗粒增强金属基复合材料的增强相以颗粒为增强的以金属为基体的复合材料中的增强体的大小、性能、体积比例、分布状况等，对复合材料的性能都起着很重要的作用。可以选择的增强相的参数有[2]:拉伸强度、弹性模量、密度、熔点、热膨胀系数、热稳定性、与基体的相容性、尺寸及形状、成本等。选择想要的增强相时要结合复合材料的生产工艺、成本以及用途等因素。例如: 1)生产工艺的影响。无管采用什么样的工艺来生产我们的复合材料，我们均希望得到组织中的增强相均匀分布，充分发挥其作用。在某些增强相需要较长时间与液态金属接触的工艺中，增强相会和液态金属发生反应。例如 TiC在Ni3Al 液体中的热力学较稳定，基本不发生反应。而SiC 在绝大多数的 Al 的液体合金中的热力学是不稳定的，会与 Al 发生反应从而生成A14C3，但是 SiC 在 M g 的液态的合金中的热力学是稳定的。增强相和基体的过大的界面反应会使复合材料的性能降低，因此要根据工艺温度、基体及其在液相中停留的时间长短来选择增强相[3]。此外，复合材料的性能受增强相与基体的体积比的影响也很大;2)材料的服役要求。如果用作结构性的材料，增强物就选择高强度、高模量、低密度的，并且颗粒形状是球形或者近球形者最好。如果用作热控性的元件，就要选高导热性、低热膨胀系数的增强物;3)成本的影晌。采用颗粒增强是为了提高材料的弹性模量以及强度等。在这个前提下，所选择较低的成本。目前被用的最广泛的增强材料有:氮化物，如 AlN、Si3N4 等;碳化物，如 SiC、B4C、TiC 等; 氧化物，如 SiO2、A1203; 以及 C、Si 等。常用的颗粒增强相的一部分性能见表 1-l。
1.1.3 颗粒增强机制对于 M M CP的强化来说主要存在两种强化机制: 一种是基体通过界面将应力传给颗粒从而使颗粒的载荷得以传递的机制，另一种是在较高温度下，基体的塑性可使位错的强化效果得到明显提高。基体通过位错的滑移来得到塑性，第二相颗粒可以阻碍位错的滑移从而在颗粒前产生位错塞积群及应力集中，从而使基体产生加工硬化并得到强化。若第二相小，则位错能绕过它并且增加，产生 Orawan 强化，而且粒间的距离越小，颗粒得大小越小，强化产生的效果就越明显。在传递载荷的过程中，由于基体的部分应力被颗粒承载而使扩展裂纹发生了偏转，让裂纹的路径发生曲折，所消耗的断裂能就较多，从而材料强度得到了提高[4-5]。MC 碳化物是常见的高温合金中强化相之一。有研究表明[6]，存在于晶界的分散颗粒状 MC 碳化物能阻止晶界迁移，以提高合金的蠕变强度和持久强度。若 M C 碳化物弥散分布于晶内，还可以起到晶内强化的作用。
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