第2期 倪丁瑞等：原位混杂增强钛基复合材料的制备与组织分析 109 说明在这些材料中发生了剧烈的放热现象，放出大 和原始粉末相比，烧结态复合材料中出现了TC和 量的热，出现了新的生成相.在各试样中，材料 TB相，这表明原始粉末中的B4C和C粉完全与基 W4P1的DSC曲线上只有一个放热峰，这是因为在 体钛反应生成了TiC和TB.从图中还可以看出， 钛粉中只添加了单一的碳化硼.而在试样WP1和 各种复合材料随着B4C含量的减少与C粉含量的 WP4则同时添加了两种粉末，所以在DSC曲线上 增加，TB的衍射峰强度逐渐变弱而TiC的衍射峰 出现了两个放热峰，这两个放热峰分别对应于 变得越来越强，说明复合材料中的TB的含量逐渐 TiB4C与TiC两个放热反应，可见，在这一温度 减少而TC含量在不断增加，从而进一步证实了本 范围内，两个自蔓延反应都能够发生·同时可以注 文前面分析的正确性， 意到，每一条曲线在885℃附近都有一个不太明显 ●-TiC■-TiB 的放热峰，这是因为当温度升高时金属钛将发生晶 格转变，即由具有密排六方晶体结构的a一Ti向具有 WP4 体心立方结构的}-Ti转变从而产生了一个放热峰. 0.2 WP 0.1 WP: V P. 日 20 40 60 80 28) 02 图2烧结态复合材料的X射线衍射图 03 600 800100012001400 温度/℃ Fig.2 Xray diffraction patters of the as sintered composites 图1复合材料原始混合粉末的DSC曲线图 2.3微观组织观察 Fig-1 DSC curves of mixed raw powders of the composites 图3为烧结态复合材料的光学显微组织，从图 中可以看出，在烧结态的材料中均匀分布着增强体， 有学者4)在研究由钛粉一石墨粉制备TC/Ti 试样W4P1中增强体为晶须状，由于尺寸很小，因而 复合材料时指出，对于Ti1.25%C(质量分数)的粉 在光学显微镜下不易于观察，但仔细观察还是能看 末在1160℃进行真空烧结时没有发生自蔓延反应. 到明显的晶须状增强体，而试样WP1和WP4中 可见，当加入的石墨量很少时，反应放出的热量也很 少，很快被周围的钛基体稀释掉，从而不能引发自蔓 增强体则主要为颗粒状，而且试样WP4中颗粒状 延反应.而本文在石墨质量分数分别为0.979%C、 增强体数量也明显多于试样WP1中TiC颗粒数 1.026%C和2.199%C的情况下在1000~ 量.结合XRD分析结果与TB、TiC两种增强体的 1100℃范围内都发生了自蔓延反应. 晶体结构特点，可以初步认为晶须状增强体为TB 2.2XRD分析 而颗粒状增强体为TiC·这也说明材料中的TBw 为了确定反应中的生成相，对DSC实验后的试 与TiCp的体积比已按理论分析得到了调控 样进行了X射线衍射分析(XRD)·图2为各复合材 图4给出烧结态复合材料WP1、WP1和WP4 料的XRD检测分析结果.从XRD图谱可以看出， 的微观组织扫描电镜照片，其TBw/TiCp设计体积 图3烧结态复合材料光学组织.(a)腐蚀后的WP1:(b)抛光后的WP1:(c)抛光后的WP: Fig.3 Optical microstructures of the as-sintered composites:(a)WPetched:(b)WiP polished:(c)WiP polished说明在这些材料中发生了剧烈的放热现象‚放出大 量的热‚出现了新的生成相．在各试样中‚材料 W4P1 的 DSC 曲线上只有一个放热峰‚这是因为在 钛粉中只添加了单一的碳化硼．而在试样 W1P1 和 W1P4 则同时添加了两种粉末‚所以在 DSC 曲线上 出现了两个放热峰‚这两个放热峰分别对应于 Ti－B4C与 Ti－C 两个放热反应．可见‚在这一温度 范围内‚两个自蔓延反应都能够发生．同时可以注 意到‚每一条曲线在885℃附近都有一个不太明显 的放热峰．这是因为当温度升高时金属钛将发生晶 格转变‚即由具有密排六方晶体结构的α－Ti 向具有 体心立方结构的β－Ti 转变从而产生了一个放热峰． 图1 复合材料原始混合粉末的 DSC 曲线图 Fig．1 DSC curves of mixed raw powders of the composites 图3 烧结态复合材料光学组织．（a） 腐蚀后的 W4P1；（b） 抛光后的 W1P1；（c） 抛光后的 W1P4 Fig．3 Optical microstructures of the as-sintered composites： （a） W4P1etched；（b） W1P1polished；（c） W1P4polished 有学者［14］在研究由钛粉－石墨粉制备 TiC／Ti 复合材料时指出‚对于 Ti－1∙25％C（质量分数）的粉 末在1160℃进行真空烧结时没有发生自蔓延反应． 可见‚当加入的石墨量很少时‚反应放出的热量也很 少‚很快被周围的钛基体稀释掉‚从而不能引发自蔓 延反应．而本文在石墨质量分数分别为0∙979％ C、 1∙026％ C 和 2∙199％ C 的 情 况 下 在1000～ 1100℃范围内都发生了自蔓延反应． 2∙2 XRD 分析 为了确定反应中的生成相‚对 DSC 实验后的试 样进行了 X 射线衍射分析（XRD）．图2为各复合材 料的 XRD 检测分析结果．从 XRD 图谱可以看出‚ 和原始粉末相比‚烧结态复合材料中出现了 TiC 和 TiB 相‚这表明原始粉末中的 B4C 和 C 粉完全与基 体钛反应生成了 TiC 和 TiB．从图中还可以看出‚ 各种复合材料随着 B4C 含量的减少与 C 粉含量的 增加‚TiB 的衍射峰强度逐渐变弱而 TiC 的衍射峰 变得越来越强‚说明复合材料中的 TiB 的含量逐渐 减少而 TiC 含量在不断增加‚从而进一步证实了本 文前面分析的正确性． 图2 烧结态复合材料的 X 射线衍射图 Fig．2 X－ray diffraction patters of the as-sintered composites 2∙3 微观组织观察 图3为烧结态复合材料的光学显微组织．从图 中可以看出‚在烧结态的材料中均匀分布着增强体‚ 试样 W4P1 中增强体为晶须状‚由于尺寸很小‚因而 在光学显微镜下不易于观察．但仔细观察还是能看 到明显的晶须状增强体．而试样 W1P1 和 W1P4 中 增强体则主要为颗粒状‚而且试样 W1P4 中颗粒状 增强体数量也明显多于试样 W1P1 中 TiC 颗粒数 量．结合 XRD 分析结果与 TiB、TiC 两种增强体的 晶体结构特点‚可以初步认为晶须状增强体为 TiB 而颗粒状增强体为 TiC．这也说明材料中的 TiBw 与 TiCp 的体积比已按理论分析得到了调控． 图4给出烧结态复合材料 W4P1、W1P1 和 W1P4 的微观组织扫描电镜照片‚其 TiBw／TiCp 设计体积 第2期 倪丁瑞等： 原位混杂增强钛基复合材料的制备与组织分析 ·109·