Abstract
In the present paper dense ceramic composites TiB2-B4C and ZrB2-B4C have been produced by means of pressure-assisted self-propagating high temperature synthesis (SHS). The method includes combustion synthesis of refractory compounds and its consolidation under high mechanical pressure. An equilibrium SHS product formed during the exothermic interaction in the mixture of Ti, Zr, B and C powders contains TiB2 or ZrB2 as a dispersed phase, and B4C as a ceramic binder. The influence of content of the ceramic binder (B4C) on the formation of the microstructure of SHS composites was studied. It is shown at the B4C content of 20 wt.% in the TiB2-B4C composite and at 5 wt.% in the ZrB2-B4C composite were formed dense TiB2 and ZrB2 particles. At content B4C 40 wt.% in the TiB2-B4C-composite and 20 wt.% in the ZrB2-B4C-composite the particles of the dispersed phase were formed in hollow shells form. The size and thickness of the shells depend on the initial Ti and Zr particles size. It had been proposed formation mechanism of hollow shells, are including stages formation the TiB2 and ZrB2 layers on the metallic particles surface, melting of the internal unreacted part of the metallic particles, and spreading of the melt on the outer surface of the product layer. The experimental results showed the “chemical furnace” had provided thermal regime needed to efficient consolidation SHS composites to minimum residual porosity. Physical and mechanical characteristics of SHS composites were studied depending on content of ceramic binder. It is shown that the maximum microhardness of the TiB2-B4C and ZrB2-B4C composites are 39.1– 44.8 GPa, and 20.4 – 24.5 GPa, accordingly. The flexural strength of the TiB2-B4C-composites is 140 – 210 MPa.
Highlights
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН им
При осуществлении «капиллярного растекания» расплавленного титана в пористом слое из частиц бора и сажи, а также параллельного протекания реакций синтеза TiC и TiB2 можно было бы ожидать, что самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС)-композит будет обладать однородной микроструктурой и мелкозернистой микроструктурой при любом соотношении тугоплавких соединений
Scheme of structure formation the TiB2-B4C and ZrB2-B4C composites, when a product layer is formed on metallic particles surface
Summary
Керамические композиты TiB2-B4C и ZrB2-B4C обладают уникальным комплексом физико-механических характеристик, сочетающим низкую плотность, высокую тугоплавкость, термостойкость, твердость и прочность [1,2,3,4]. Изделия из композитов получают в основном методами горячего прессования [5 – 7] и электроимпульсного спекания [8 –10] при температуре, близкой к температуре плавления карбида бора. Выбор оптимальной температуры и длительности термической обработки позволяет получить композиты с мелкозернистой микроструктурой и минимальной остаточной пористостью. Эффективным способом получения композитов TiB2-B4C и ZrB2-B4C является СВС-прессование [11]. При прессовании под действием внешней нагрузки синтезированный продукт уплотняется до минимальной остаточной пористости. Важной задачей СВС-прессования является синтез композитов с однородной и мелкодисперсной структурой. В настоящее время подробно изучено формирование микроструктуры твердосплавных материалов на основе карбида и борида титана и металлической связки (Ni, Fe, Cu, Ti) [12 –16]. Однако закономерности формирования микроструктуры керамических СВС-композитов изучены недостаточно подробно. Целью настоящей работы является получение композитов TiB2-B4C и ZrB2-B4C методом СВС-прессования и исследование закономерностей формирования их микроструктуры
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Free) 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a call
