TiN／TiB2纳米复合材料的合成与性能.pdfVIP

第 22卷 第 1期 高 压 物 理 学 报 Vo1．22，NO．1 2008年3月 CHINESE JOURNAL OF HIGH PRESSURE PHYSICS Mar．，2008 文章编号：1000—5773(2008)01—0015-04 TiN／TiB2纳米复合材料的合成与性能 丁战辉 ，姚 斌 。，马红安 ，郑友进 ，邱利霞 ，贾晓鹏 ，王德涌 (1．吉林大学物理学院，吉林长春 130023； 、 2．吉林大学超硬材料国家重点实验室，吉林长春 130012 3．中国科学院长春光机与物理研究所激发态物理重点实验室，吉林长春 1．30022) 摘要：结合高能球磨和高温高压实验技术，制备了块体TiN／TiB。纳米复合材料。通过X 射线衍射和拉曼光谱对材料的微观结构进行了研究。结果表明，采用金属Ti和六方BN为原 料，在球磨过程和高温高压实验过程中，TiN先于TiB。形成，球磨70 h后有少量的纳米晶 TiN开始形成。在高温高压实验中，在样品腔的合成温度低于1 300℃时，没有TiB。出现；当 温度达到1 300℃后，合成出了TiN和TiB。的复合材料。对所合成的块状材料的热膨胀性和 导电性能进行了测试。 关键词；机械球磨；高温高压；TiB。；TiN；复合材料 中图分类号：O521．2 文献标识码：A 1 引 言 TiB。具有高熔点(3 220℃)、高硬度(33 GPa)和高弹性模量(550 GPa)等优点。虽然TiN的熔点 (2 950℃)和硬度(21 GPa)比TiB2低，但其弹性模量(590 GPa)却比TiB2高，因此，TiB2／TiN复合材料 是一种具有高温硬度和延展断裂韧性都很高的复合材料，可以应用在喷气发动机、切割刀具等方面；另 外TiB。／TiN复合材料具有良好的导热性和导电性，在高性能要求的电子系统中具有潜在的应用前景。 由于TiB。／TiN复合材料自身的结构特点，使其应用性受到了实际生产加工能力的制约。由于过 渡族金属氮化物和硼化物的高熔点特性，使得人们在将其加工成致密的陶瓷复合材料时，需要长时间的 高温烧结或者热压成型。Huang等人[1 在1 700 1 800℃对TiB2-Si3N4和TiN-Si3N4陶瓷基复合材料 进行了热压加工成型，Davies等人[2 对TiN-TiB。一Ni的混合物在1 550℃进行了烧结成型。 近年来，人们通过高温自蔓延反应(SHS)、高温固态置换反应等方法合成出了难熔的陶瓷材料。由 于高能机械球磨方法在制备纳米晶金属和金属间化合物材料以及非晶材料等方面简便易行，且能显著 降低合成温度，因而也引起人们的广泛注意。 本工作从研究TiB。／TiN复合材料的合成机制为出发点，对钛粉和六方氮化硼粉的混合物进行机 械球磨，通过固态反应制备出纳米材料前驱粉体，并在六面顶压机上进行高温高压合成，在较低的温度 和压力下制备出了块体TiB。／TiN复合材料，并对其合成机制、结构变化和拉曼光谱特性等进行了研 究，对TiB。／TiN复合材料的热膨胀性能和导电性能进行了测试研究。 2 实验方法 实验采用金属Ti粉(纯度99．8 )和BN(纯度99．5 )为原料，其摩尔比为3：2。高能球磨实验 * 收稿日期：2007—02—22；修回日期：2007—05—30 基金项目：国家自然科学基金资助项目；教育部博士点基金(20040183063) 作者简介：丁战辉(1972一)，博士，讲师，主要从事高温高压纳米材料的合成与性能研究．E-mailtdingzh@jlu．edu．an 通讯作者：姚 斌(1962一)，教授，博士生导师，主要从事高压下材料的合成、表征和性能，非晶合金和纳米材料 的制备和性能研究．E—mail：binyao@mail．jlu．edu．an ‘ 16 高 压 物 理 学 报 第22卷 在P6型行星球磨机(德国飞驰公司生产)上进行，磨球用c-Si。N 球，球料比为1