Ti基金属陶瓷烧结研究

Ti 基金属陶瓷烧结讨论 Mo/Ni 为定值时金属陶瓷的烧结性能 通常认为在 TiCTiNNiMo 系金属陶瓷中，当 Mo/(Mo+Ni)为 0.1～0.2 时，对粘结相有最好的强化效果［11］。为了取得较好的强韧性组合，确定 Ni 含量后保持 Mo/(Mo+Ni)为定值，同时硬质相 C/N 原子数之比保持定值，设计了 1#～4#成分，如表 2 所示。图 1 所示为1430°C 真空烧结 1h 后的 1#～4#金属陶瓷烧结体的 SEM 组织。由图可见，Ti(C，N)基金属陶瓷具有典型的“芯－壳”包覆相的显微结构，并镶嵌于粘结相中［1］，硬质相颗粒周围都形成了完整的包覆相，包覆相是内层为白色外层为灰色的两层环形相;少量区域还出现了颗粒较小的“白芯－灰壳”的结构。黑色的芯部为未溶的Ti(C，N)或者 TiN，内外两层的环形相和小颗粒的“白芯－灰壳”结构的形成机制可概括如下:细小的 TiC、TiN 颗粒，由于与 WC 和 Mo2C等相互间发生扩散，在液相出现前形成固溶态的(W，Mo，Ti)(C，N);液相出现后，在其表面析出一层重元素 Mo、W 含量较前者低的(W，Mo，Ti)(C，N)固溶体，继而成为芯部白色、包覆层浅黑色的结构。由图 1 所示，随着 Ni 含量的降低，粘结相的体积分数明显降低，硬质相颗粒的体积分数增加，且硬质相颗粒在一定程度上细化。硬质相大颗粒表面包覆相生长完整，说明液相烧结已进行得较为充分。图 1(d)所示粘结相 Ni 含量为 20%的烧结体出现孔隙。Ti(C，N)基金属陶瓷在高温烧结时，TiN 会发生分解［2，12］。粘结相 Ni 含量为 20%的试样 TiN 含量较高，在热力学上促进了分解过程的进行，TiN 分解所形成的 N2 被封闭在闭孔隙中，及 N2 逸出产生的气体通道等导致烧结体的孔隙度增加。且 N 的存在阻止 Mo 向 Ti(C，N)的扩散及 Ti 向 Ni 的扩散，抑制了环形相的进展，而粘结相对 TiN 硬质相的润湿性极差，这些都造成了试样的不致密。Mo/Ni 为定值时金属陶瓷的力学性能随粘结相 Ni 含量的变化曲线如图 2 所示。由图所示，Ni含量由 32%降低到 22%，粘结相体积分数降低，硬质相体积分数增加，金属陶瓷的强度降低，硬度升高。随着粘结相 Ni 含量进一步降低到20%，金属陶瓷的强度和硬度同时大幅度降低。由组织分析可以知道，20Ni 的金属陶瓷由于 TiN 含量的升高造成烧结体不能完全致密，使得强度和硬度同时下降。可见 Ti(C，N)基金属陶瓷原始成分配比中TiN 的添加量过高超过 12%的情况下，烧结体的致密度下降，同时材料的力学性...