Titanium nitrides as novel reactants for in-situ synthesis of TiB2-based composites with improved properties

材料科学 微观结构 放电等离子烧结 二硼化钛 穿晶断裂 热导率 复合材料 断裂韧性 陶瓷 烧结 氮化硼 冶金 晶界 晶间断裂
作者
Ji Zou,Huayue Liang,Jingjing Liu,Weimin Wang,Fan Zhang,Wei Ji,Zhengyi Fu
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:145: 48-55 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.09.021
摘要

A novel in-situ reactive approach based on the reactions among TiN, aluminum and boron has been developed to synthesize TiB2-based composites including TiB2-hBN (TB) and TiB2-hBN-AlN (TBA). Fully dense ceramics with fine-grained microstructure were successfully obtained via spark plasma sintering at 1850 °C/60 MPa/5 min. Microstructure analysis suggests hBN flakes were homogenously distributed in the TiB2 matrix. For AlN, however, they were elongated into plate-like grains during sintering, in which lots of defects in terms of stacking faults and twinning structures were observed. The mechanical and thermophysical properties of as-sintered ceramics were comprehensively investigated and compared. Incorporating AlN significantly improved the flexure strength, hardness, fracture toughness and thermal conductivity of TiB2-hBN ceramics. The electrical conductivity of TB (3.06 × 106 S/m) is larger than that of TBA (2.35 × 106 S/m) at room temperature, but the value (6 × 105 S/m) was lower than that of TBA (6.9 × 105 S/m) at 1173 K. Based on the measurement of electrical and thermal conductivity, electron and phonon contributions to thermal conductivities of TB and TBA were calculated and their temperature dependences were illustrated.
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