TiC_xNi_3Al复合材料相界面显微结构及界面纳米硬度

　　材料进行了研究，证实Ti元素向金属相存在较强的扩散，而Ni和A1元素几乎没有向陶瓷相中扩散，扩散的结果形成了两相界面之间直接的原子结合，加了复合材料相界面结合的强度和韧性。利用纳米压痕技术研究了复合材料相界面附近的纳米硬度和弹性模量E，二者在相界面附近均呈连续梯度分布特征，并且TiC.7/Ni3Al复合材料在界面处具有较高的纳米硬度值。

　　采用各种复合工艺来改进陶瓷的本征脆性是非常有效的方法，金属间化合物Ni3Al具有可韧化的特点和独国家科技部资助项目ZY01-01收到初稿日期：2001-12-26，收到修改稿日期：2002-04-27特的高温强度，由Ni3Al和TiC构成的复合材料是一种极具潜力的高温结构材料，已引起各界的广泛重视和研究由于二者之间具有很好的浸润性，所以本文采用融渗复合工艺，借助于毛细作用将金属间化合物Ni3Al与TiQ进行复合，得到C/Ti比；c分别为0.6、0.7、0.8和0.9的四种不同TiCNisAl复合材料，并且利用扫描电镜研究了相界面的显微组织和元素扩散情况。作为结构复合材料，相界面处的结合强度是其性能优劣的关键因素之一，因此研究界面处的力学性能具有非常重要的实际意义。虽然凭借微分析手段可以比较直接地观察相界面的显微结构，但是由于界面尺度小，界面力学性能的测量和表征一直是界面问题研究的难点，常规方法是依据观察裂纹走向和断口形貌来定性分析界面的力学行为。近年来可测微区力学性能的纳米压痕仪逐渐发展成熟起来，成为一种在纳米尺度上研究材料力学性能的先进技术，不仅载荷低、压痕尺寸小（纳米数量级），而且由于采用了先进的光机电一体化技术，加载、定位非常准确；并且可以准确记录载荷-位移变化的全过程。通过对载荷-位移曲线的分析，自动给出弹性模量和纳米硬度值。最新型的纳米压痕系统，由于和原子力扫描显微镜的￥合，还可以及时地记录压痕的位置和形貌，已经成为在纳米尺度上研究材料局部力学性能的一种强有力的工具在半导体材料、生物医学材料以及表面改性材料等许多方面得到了应用本文利用与原子力扫描显微镜结合在一起的新型纳米压痕系统测量界面处的力学性能，可以同时得到材料细微部位（纳米尺度）的纳米硬度和弹性模量。

　　1，显然界面附近材料局部力性均呈现为连续的梯度变化，说明由于融渗过程中Ti元素的扩散导致界面位置原子间的直接结合。由于C/Ti比以及金属间化合物的渗入量不同，四种复合材料界面附近的力学性能也不同，如所示，随着C/Ti比的减小，Ti的含量增加，不仅使得第一步烧结的陶瓷骨架颗粒变大，而且使得两相之间的浸润性更好，界面附近的弹性模量具有增大的趋势。另外，C/Ti比cc为0.7的复合材料，由于金属间化合物渗入量较大，两相之间的浸润性好，界面粘接强度较大，使得界面处的纳米硬度值较高。

　　不同位置处的纳米硬度F和弹性模量EV四种不同复合材料界面附近纳米硬度和弹性模量的比较3结论采用融渗工艺制备的非当量的TiCs/Ni3Al复合材料，随着C/Ti比的增加，陶瓷颗粒的尺寸减小；Ti元素的扩散进一步改进了两相之间的浸润性，导致了界面之间直接的原子结合。在纳米尺度上，不同C/Ti比的TiC/Ni3Al复合材料的力学性能在界面附近均呈连续梯度变化状态，随着C/Ti比减小，复合材料界面附近的弹性模量增加；由于Ni3Al的渗入量较大，C/Ti比为0.7的复合材料相界面附近的纳米硬度较高。