1.2 TiB₂基陶瓷材料的性能、特點及應用

大量研究表明，純TiB₂陶瓷材料燒結溫度高且難以燒結致密化的原因是其熔點高、具有極強的共價鍵晶體結構且自擴散系數較低^[9-11]。目前常通過多元復合的方法來提高TiB₂陶瓷材料的可燒結性以及燒結制品的性能。采用多元復合所制備的TiB₂基復合陶瓷材料具有優異的性能，常被用來制作裝甲部件、耐磨部件、導熱涂層、霍爾電極、蒸發舟、電火花加工所用的電極、斷電器、切削刀具等^[12-14]，應用在航天航空以及工業工程等領域。在多元復合的過程中，常將TiB₂與金屬或與其他陶瓷或與金屬和其他陶瓷同時進行復合以制備出具有不同性能、可應用在不同場合的TiB₂基陶瓷材料。

1．TiB₂與金屬復合所制備的TiB₂基陶瓷材料

要獲得致密化的TiB₂陶瓷材料，燒結溫度應在2100℃以上，且還需要較長的保溫時間。在如此高的燒結溫度和長的保溫時間作用下，TiB₂晶粒易生長過大形成粗大晶粒，這些粗大晶粒會削弱TiB₂陶瓷材料的力學性能。為了克服這些不利的影響，常將金屬與TiB₂進行復合，以提高TiB₂陶瓷材料的致密度和力學性能。一般采用以下三種方法來制備TiB₂基金屬復合陶瓷材料：第一種方法是自蔓延反應復合法，即將Ti粉、B粉與金屬粉末混合，實現Ti粉與B粉的反應合成，同時利用反應過程中產生的大量熱能實現金屬粉體的熔化或同時采用其他燒結技術，最終合成TiB₂基金屬陶瓷材料；第二種方法是將TiB₂粉體與低熔點的金屬粉體混合，利用混合物熔點較低的原理，采用不同的燒結技術制備TiB₂基金屬陶瓷材料；第三種方法是先制備出TiB₂陶瓷材料，然后采用熔滲金屬法制備TiB₂基金屬陶瓷材料。

（1）Ti、B粉體和金屬粉體的反應復合物

用Ti、B、Cu、Fe、Al等混合粉體在自蔓延反應復合的基礎上，借助放電等離子燒結技術或熱等靜壓燒結技術，可以制備出用于制作高性能電觸頭、切削刀具或耐用模具的TiB₂-Cu、TiB₂-Fe-Al等陶瓷材料。因為Ti和B的反應屬于放熱反應，當引燃反應后，由反應熱產生的溫度高達1230℃^[15]，高于Cu的熔點（1083.4℃）和Al的熔點（600℃），Cu、Al將形成液相。雖然Cu與TiB₂的潤濕角為142°，Al與TiB₂的潤濕角為114°^[16]，但金屬液相在高的壓力作用下將會鋪展開來，填充在TiB₂晶粒間使TiB₂材料獲得較高的致密度。在制備TiB₂-Cu復合陶瓷材料的過程中，Cu可能與Ti或B發生反應生成TiB和TiCu化合物^[17]，但Cu可以有效改善TiB₂陶瓷材料的微觀組織，細化TiB₂晶粒^[18]，材料的相對密度可高達97%，抗彎強度約為640MPa，斷裂韌度約為9.1MPa·m^1/2，硬度約為82.5HRA^[19]。在制備TiB₂-Fe-Al^[15]復合陶瓷材料的過程中，雖然Fe的熔點（1538℃）高于反應熱所產生的溫度，但形成的液相Al會溶解Fe，Fe和Al可能生成FeAl和Fe₃Al金屬間化合物，TiB₂-Fe-Al復合陶瓷材料的相對密度高達86%，抗彎強度約為650MPa。

（2）TiB₂粉體與金屬粉體的燒結復合物

以TiB₂粉體為基體，金屬粉體Fe-Ni-Ti-Al、Fe-Mo、Fe、Cr-Fe、Fe-Ni-Al、W-Ni、CoCrFeNiMn_0.5Ti_0.5、Fe-Ni、Fe-Ni-Ti-Al、Co、Ni-Ta、Fe-Mo-Co等為燒結助劑，借助熱壓燒結技術、無壓燒結技術、放電等離子燒結技術等可制備用于制作切削工具、陶瓷蒸發舟、靜電除塵板等的TiB₂基金屬陶瓷復合材料。與TiB₂的熔點相比，這些金屬的熔點都相對較低，在燒結過程中將首先形成液相，可有效地降低燒結溫度。以Fe-Mo-Co作為金屬相，可以在較低的溫度范圍內（800～1200℃）無壓燒結出性能良好的TiB₂-Fe-Mo-Co陶瓷材料，材料的硬度高達95.6HRA，密度為6050kg/m^3[20]。這些液相金屬將填充在TiB₂顆粒的周圍，在燒結過程中對TiB₂顆粒進行熔蝕，使TiB₂顆粒變小并實現TiB₂顆粒的重排，同時溶解在液相中的TiB₂達到飽和時，將析出形核結晶成TiB₂晶粒，此時液相將包裹在TiB₂晶粒的周圍，最終使TiB₂陶瓷材料的致密度得以提高。此外，在燒結過程中，金屬還可能與TiB₂形成新的化合物或固溶體，或起到抑制TiB₂晶粒生長的作用，或在微觀組織中形成新的結構。

在TiB₂基金屬陶瓷材料的燒結過程中，有些金屬可能與TiB₂反應形成新的化合物或固溶體。將Fe-Mo粉體與TiB₂在1600℃下進行熱壓燒結后，在材料中發現有FeB₂化合物的生成，TiB₂-Fe-Mo陶瓷材料的抗彎強度為954MPa^[21]；對Fe-Ni-Ti-Al和TiB₂的混合粉體在1300℃下進行放電等離子燒結后，在材料中也發現Fe和Ni易與TiB₂反應形成MB₂型的化合物，TiB₂-Fe-Ni-Ti-Al材料的維氏硬度為21.1GPa，彈性模量為461.4GPa^[22]；在1550℃下，對Co和TiB₂的混合粉體無壓燒結后，發現Co也易與TiB₂發生反應生成Co₂B，所制備的TiB₂-Co陶瓷材料的維氏硬度高達30.29GPa，彈性模量為514GPa^[23]；在1500℃下，對CoCrFeNiMn_0.5Ti_0.5和TiB₂的混合粉體放電等離子燒結后，也發現有新的化合物TiO和Ti₉O₁₇的生成，材料的相對密度為99.1%，抗彎強度為427.69MPa^[24]；對W-Ni與TiB₂的混合粉體在1400℃下熱壓燒結后，發現TiB₂會與W-Ni合金熔液中的W形成（Ti，W）B₂固溶體，此固溶體可強化TiB₂晶界，提高材料的力學性能，材料的抗彎強度為875MPa，彈性模量為500GPa，斷裂韌度為5MPa·m^1/2[25]。

在TiB₂基金屬陶瓷的燒結過程中，有些金屬會起到抑制TiB₂晶粒的長大或避免脆性相生成的作用。將Fe粉體和Cr-Fe粉體分別與TiB₂粉體在1900℃下無壓燒結后，通過對兩種材料微觀組織的對比，發現同時加入Cr和Fe比僅加入Fe不僅可高效地提高TiB₂陶瓷材料的致密度，而且可抑制TiB₂晶粒的長大，TiB₂-Cr-Fe陶瓷材料的相對密度高達97.5%^[26]；對Ni-Ta和TiB₂的混合粉體在2100℃下無壓燒結后，發現Ni-Ta也可抑制TiB₂晶粒的長大，且有利于提高材料的致密度，材料的相對密度為98.1%^[27]；對Fe-Ni-Ti-Al和TiB₂的混合粉體在1350℃下熱壓燒結后，發現加入的Ti可有效避免Fe₂B、Ni₂₃B₆等脆性相的生成，加入的Al有除氧作用，所制備材料的抗彎強度為598MPa^[21]。

此外，在金屬粉體與TiB₂粉體的燒結過程中，材料的微觀組織中還可能形成新的結構。將Fe-Ni和TiB₂的混合粉體在1700℃下無壓燒結后，發現材料有芯-殼結構，此結構有利于材料抗彎強度和斷裂韌度的提高，材料的抗彎強度為1050.92MPa，斷裂韌度為17.75MPa·m^1/2，維氏硬度為8.56GPa，相對密度為98.32%^[28]。

（3）熔滲金屬TiB₂基陶瓷材料

采用無壓燒結技術結合自發浸滲法，可制備出高性能火箭發動機用關鍵材料TiB₂-Cu基發汗陶瓷復合材料。先將TiB₂粉體在模具里進行冷等靜壓形成素坯，接著將素坯在2000℃的真空中進行無壓燒結，燒結后的材料具有較高的致密度，材料的相對密度為85%；然后再將TiB₂陶瓷材料在1500℃下進行了Cu和Ni的熔滲。熔滲后的TiB₂-Cu復合陶瓷材料的相對密度高達98.4%，抗彎強度高達640.5MPa，斷裂韌度為9.37MPa·m^1/2。熔滲后的TiB₂-Cu復合陶瓷材料在電弧加熱和冷卻過程中沒有出現崩裂現象，金屬Cu在陶瓷材料中呈明顯的階梯分布，在燒蝕區沒有檢測到Cu，表明Cu金屬在高溫下起到了“發汗冷卻”作用^[29，30]。

2．TiB₂與其他化合物或單質復合所制備的TiB₂基陶瓷材料

TiB₂屬于共價化合物，擴散系數低，難以致密化，且燒結溫度高，最終材料的抗彎強度和斷裂韌度都較低。為了克服這些缺點，提高TiB₂陶瓷材料的應用，可將TiB₂與其他化合物采用不同的燒結技術復合制備出高性能TiB₂基陶瓷材料，用于制作裝甲部件、耐磨部件、電極、蒸發舟等。常與TiB₂復合的化合物有氧化物如Al₂O₃，氮化物如AlN、Si₃N₄，硅化物如TiSi₂、MoSi₂，硼化物如ZrB₂、NbB₂，碳化物如SiC、B₄C、TiC、NbC、TaC，碳單質如碳納米管、石墨烯。

（1）TiB₂-氧化物復合陶瓷材料

以稀土氧化物La₂O₃-Y₂O₃作為燒結助劑，可在1700℃下實現Al₂O₃與TiB₂的熱壓燒結，TiB₂基復合材料達到致密化所需的溫度隨著Al₂O₃含量的增加而逐漸降低，且復合材料更容易實現燒結。此外，Al₂O₃還有細化TiB₂晶粒的作用，TiB₂-30%（質量分數，下同）Al₂O₃復合陶瓷材料的抗彎強度為667MPa^[31]。

（2）TiB₂-氮化物復合陶瓷材料

AlN是一種共價鍵化合物，屬六方晶系，其導熱性好，線脹系數小，穩定性高，室溫強度高，且隨溫度的升高強度下降較慢，是一種理想的增強相^[32]。將AlN與TiB₂的混合粉體在1900℃下放電等離子燒結后，發現有少量的hBN、TiN、AlB₂和Al₂O₃生成，這是由于TiB₂粉末顆粒表面存在微量的TiO₂和B₂O₃，其在高溫下與AlN發生了化學反應，TiB₂-30%AlN復合陶瓷材料的相對密度約為95%，硬度約為15.8GPa，斷裂韌度約為6.0MPa·m^1/2[33]。Si₃N₄也為原子晶體，屬六方晶系，具有良好的耐熱性、耐磨性及高溫抗氧化性。將Si₃N₄與TiB₂的混合粉體在1900℃下放電等離子燒結后，發現Si₃N₄對TiB₂具有清潔作用，其可與TiB₂表面的氧化物TiO₂和B₂O₃發生反應生成BN、TiN和SiO₂，BN和TiN可抑制TiB₂晶粒的長大，BN還具有增韌作用，而SiO₂在1710℃時仍為液相，有利于材料致密度的提高^[14]。

（3）TiB₂-硅化物復合陶瓷材料

硅化物具有良好的抗氧化性和導電性能，與硼化物匹配性較好，可作為添加相在低溫下實現TiB₂陶瓷材料的致密化^[34]。TiSi₂與TiB₂的混合粉體在1650℃下熱壓燒結后，材料基本達到了致密化。這是由于TiSi₂的熔點低于燒結溫度，其形成的液相可潤濕TiB₂顆粒，通過液相傳質機理可促進TiB₂顆粒的重排，同時TiSi₂與TiB₂反應生成的SiO₃能夠填充材料內部的微孔洞，也促進了TiB₂陶瓷的致密化。TiB₂-TiSi₂復合陶瓷材料的相對密度高達99.3%^[35]。此外，TiB₂-TiSi₂復合陶瓷材料在800～1450℃范圍內具有良好的氧化性能。在氧化過程中，TiSi₂先于TiB₂與氧氣發生反應，生成的TiO₂和SiO₂將形成保護層，可阻礙材料與氧氣進一步接觸，提高了TiB₂-TiSi₂陶瓷材料的使用溫度^[36]。將MoSi₂與TiB₂的混合粉體在1700℃下熱壓燒結后，發現在材料中有少量的Ti₅Si₃和Mo₅Si₃脆性相，由于MoSi₂和Mo₅Si₃的線脹系數均小于TiB₂的線脹系數，在冷卻階段，TiB₂晶粒內部將受拉應力，晶界處將受到壓應力，這可以提高材料的晶界強度。TiB₂-2.5%MoSi₂陶瓷材料的相對密度大于99%，維氏硬度為30GPa，抗彎強度為400MPa，斷裂韌度為6MPa·m^1/2[3]。

（4）TiB₂-硼化物復合陶瓷材料

過渡金屬硼化物ZrB₂、NbB₂與TiB₂具有相同的晶體結構，在TiB₂基體中添加適量的過渡金屬硼化物，可以與TiB₂形成固溶體，促進晶粒細化，提高材料的力學性能。將ZrB₂與TiB₂的混合粉體在1800℃下熱壓燒結后，發現ZrB₂與TiB₂通過相互擴散在界面發生了固溶反應，并在界面形成了相互固溶的界面層，其可有效降低晶界的遷移速度，實現TiB₂晶粒的細化^[37]。生成的固溶產物有兩種，分別為Zr固溶后形成的富Ti硼化物（Ti_0.8Zr_0.2）B₂和部分Ti固溶后形成的富Zr硼化物（Ti_0.2Zr_0.8）B₂，這些固溶體可細化TiB₂-ZrB₂-SiC陶瓷材料的微觀組織，使材料的性能得以提高。在1700℃下放電等離子燒結后的TiB₂-ZrB₂-SiC陶瓷材料的抗彎強度為780.5MPa，斷裂韌度為7.34MPa·m^1/2[38]。同樣，將NbB₂與TiB₂的混合粉體在1800℃下進行熱壓燒結也可以實現兩者的固溶復合，TiB₂-NbB₂陶瓷材料的抗彎強度為630MPa，斷裂韌度為7.1MPa·m^1/2[39]。

（5）TiB₂-碳化物復合陶瓷材料

SiC具有熱導率高、耐磨性好、線脹系數小，以及化學性能穩定的特點，可用來提高TiB₂陶瓷材料的致密度、力學性能和氧化性能。將SiC與TiB₂的混合粉體在2050℃下高頻感應加熱復合后，發現SiC可以提高TiB₂的致密度。TiB₂-SiC復合陶瓷材料的相對密度高達99.1%^[40]。SiC與TiB₂的混合粉體在1700℃下熱壓復合后，SiC可顯著提高TiB₂基陶瓷材料的力學性能。TiB₂-SiC陶瓷材料在室溫下的抗彎強度為797MPa，維氏硬度為19.4GPa，斷裂韌度為6.9MPa·m^1/2，其在800℃下的抗彎強度為902MPa，1000℃下的抗彎強度為713MPa，1200℃下的抗彎強度為226MPa^[41]。對Si、Ti、B₄C和TiB₂的混合粉體在1700℃下熱壓反應復合后，在TiB₂-SiC復合陶瓷材料中發現了長條狀的TiB₂晶粒，這有利于材料相對密度的提高，同時，長條狀TiB₂晶粒形成的互鎖結構有利于材料斷裂韌度和抗彎強度的提高。TiB₂-SiC復合陶瓷材料的抗彎強度為704MPa，斷裂韌度為5.6MPa·m^1/2，硬度為19.8GPa^[42]。

B₄C為斜方六面體結構，具有熔點高、硬度高、密度低、化學穩定性好、熱性能和電性能優良等特點，可作為TiB₂陶瓷材料的添加相，提高材料的致密和力學性能。將B₄C和TiB₂的混合粉體在1700℃下等離子加壓復合后，發現復合材料的密度幾乎接近理論密度，TiB₂-B₄C復合材料的維氏硬度高達45.16GPa^[9]。B、C和TiB₂的混合粉體在1900℃下放電等離子復合后，B₄C晶粒與TiB₂晶粒結合緊密并分布在TiB₂晶粒之間，形成了B₄C骨架結構。TiB₂-B₄C陶瓷材料室溫下的抗彎強度為910MPa，1600℃下的抗彎強度為1105MPa，1800℃下的抗彎強度為600MPa^[43]。

TiC屬面心立方晶系，具有熔點高、硬度高、導熱性好、化學穩定性好及高溫抗氧化性良好等特點。將TiH₂與B₄C的混合粉體在1550℃下熱等靜壓復合后，TiB₂-TiC復相陶瓷材料的相對密度高達99.3%以上，其中TiB₂為條塊狀，復合材料中有Ti₃B₄化合物生成^[44]。將Ti與B₄C的混合粉體進行反應復合，反應產物為TiB₂和TiC，TiC晶粒不規則地分布在TiB₂柱狀晶的周圍，二者結合緊密。TiB₂-TiC陶瓷材料的相對密度為93.2%，維氏硬度為21.4GPa，抗彎強度為258MPa，斷裂韌度為4.6MPa·m^1/2[45]。向Ti和B₄C的燒結體系中引入WO₃+Al的高能鋁熱劑，采用自蔓延離心熔鑄法制備的TiB₂-TiC-（Ti，W）C陶瓷材料主要由TiB₂片晶、TiC球晶以及（Ti，W）C固溶體組成，材料的硬度為24.6GPa，抗彎強度為584MPa，斷裂韌度為20.3MPa·m^1/2[46]。

NbC和TaC都屬于立方晶系，具有熔點高、硬度高、化學穩定性好、導電性和導熱性好等優點，常被用來作為增強相或阻礙晶粒生長的抑制劑。將NbC和TaC分別與TiB₂在2000℃下放電等離子復合后，TiB₂-NbC和TiB₂-TaC復合材料中分別生成了（Nb，Ti）C、（Ti，Nb）B₂固溶體和（Ti，Ta）（C，B）固溶體，這些固溶體不僅有利于提高復合的致密度，而且還有利于提高TiB₂基復合材料的力學性能。此外，TiB₂-TaC材料中還發現了芯-殼結構，芯的主要成分是TiB₂，殼的主要成分是（Ti，Ta）（C，B）固溶體。TiB₂-NbC^[13]陶瓷材料的硬度為24GPa，斷裂韌度為6.8MPa·m^1/2。TiB₂-TaC^[8]陶瓷材料的室溫抗彎強度為533MPa，高于單相TiB₂的室溫抗彎強度（370MPa），這是由于加入TaC能夠抑制TiB₂晶粒生長；其在1600℃下的抗彎強度為480MPa，與室溫下的抗彎強度相差不大。

（6）TiB₂-碳單質復合陶瓷材料

碳納米管（CNTs）具有良好的力學性能和熱性能，對于結構陶瓷材料來說是一種良好增強相，能夠顯著地提高陶瓷材料的斷裂韌度。將碳納米管與TiB₂在1750℃下放電等離子復合后，發現碳納米管的拔出作用可顯著提高TiB₂基陶瓷材料的抗彎強度和斷裂韌度。TiB₂-CNTs陶瓷材料的抗彎強度為741MPa，斷裂韌度為9.1MPa·m^1/2[47]；TiB₂-SiC-CNTs陶瓷材料的抗彎強度為925MPa，斷裂韌度為10.4MPa·m^1/2[48]。石墨烯（GnS）具有獨特的二維結構，高的抗拉強度和彈性模量，對脆性陶瓷來說，其是一種理想的增韌劑。石墨烯與TiB₂-TiC在1800℃下放電等離子復合后，石墨烯的滑黏效應可高效地阻礙裂紋的擴展，從而提高材料的斷裂韌度。TiB₂-TiC-GnS復合陶瓷材料的斷裂韌度為7.9MPa·m^1/2，硬度為20GPa^[49]。

3．TiB₂與金屬及其他化合物同時復合所制備的TiB₂基陶瓷材料

以TiB₂為基體，將金屬及其他化合物與TiB₂復合，不僅可以改善TiB₂陶瓷燒結性能和微觀組織，還可以提高TiB₂基陶瓷材料的性能和應用范圍。此類TiB₂基陶瓷材料有：TiB₂-TiC-Ni、TiB₂-Al₂O₃-Ni、TiB₂-（W，Ti）C-Ag、TiB₂-TiC-Ni-Al、TiB₂-B₄C-Ni-Al、TiB₂-TiN-（Ni，Mo）、TiB₂-TiN-Ni-Csf、TiB₂-TiC-WC-Ni、TiB₂-WC、TiB₂-SiC-Ni、TiB₂-CNTs-Ni等。

將TiH₂、Ni和B₄C的混合粉體在1400℃下熱等靜壓復合后，發現Ni在燒結過程中形成的液相有利于顆粒重排，消除殘余孔隙，提高燒結制品的致密度。TiB₂-TiC-Ni復合陶瓷材料的相對密度為99.3%，抗彎強度為354.5MPa，斷裂韌度為5.0MPa·m^1/2，維氏硬度為23.3GPa^[50]。將Al₂O₃、Ni與TiB₂的混合粉體在1700℃下進行氣壓燒結后，同樣發現燒結過程中形成的金屬Ni液相可使TiB₂顆粒重排，促進材料的致密化，而Al₂O₃可阻礙TiB₂晶界的遷移，細化TiB₂晶粒。TiB₂-Al₂O₃-Ni復合陶瓷材料的相對密度為98.7%，抗彎強度為520MPa，彈性模量為339GPa，洛氏硬度為92.6HRA^[51]。將（W，Ti）C、Ag與TiB₂的混合粉體在1650℃下熱壓復合后，發現低熔點的Ag作為助燒劑能夠提高顆粒之間的潤濕性，改善基體與增強相之間的黏結性能，從而提高材料的相對密度。在摩擦磨損試驗中，發現在TiB₂-（W，Ti）C-Ag陶瓷刀具材料磨損表面形成的富含潤滑劑Ag的潤滑膜能夠減小材料間的摩擦因數與材料的磨損量^[52]。

將Ni-Al引入到（B₄C+Ti）體系中，采用超重力燃燒合成后，發現Ni-Al可抑制TiB₂晶粒的長大，實現晶粒細化，陶瓷基體上殘存的微孔洞較少。TiB₂-TiC-Ni-Al復合陶瓷材料的相對密度為99.3%，硬度為22.6GPa，抗彎強度為948MPa，斷裂韌度為13.6MPa·m^1/2[53]。將B₄C、Ni、Al與TiB₂的混合粉體在1800℃下熱壓復合后，發現含有Ni、Al的TiB₂基陶瓷材料的氣孔較少，僅有少量的氣孔殘留在晶內或三叉晶界處，而不含Ni、Al的TiB₂基陶瓷材料呈疏松多孔狀，這表明Ni、Al能夠提高TiB₂-B₄C復合陶瓷材料的致密度；同時發現Al能與原始粉體顆粒表面的氧化物TiO₂、B₂O₃發生反應，改善粉體的燒結性能；此外，Ni、Al可改變TiB₂基陶瓷材料的斷裂模式。TiB₂-B₄C-Ni-Al復合陶瓷材料的抗彎強度為711MPA，斷裂韌度為4.6MPa·m^1/2，維氏硬度為22.7GPa^[54]。

將TiN、Ni、Mo與TiB₂的混合粉體在1530℃下熱壓復合后，發現Ni、Mo能夠在燒結過程中生成MoNi相，避免了脆硬性金屬硼化物的生成，從而改善了材料力學性能；第二相TiN可以改變TiB₂材料的斷裂方式，起到強化晶界的作用。TiB₂-TiN-（Ni，Mo）復合陶瓷材料的抗彎強度為862.7MPa，斷裂韌度為7.25MPa·m^1/2，維氏硬度為18.13GPa^[55]。此外，加入碳纖維（Csf），可提高TiB₂-TiN-Ni基復合陶瓷材料的斷裂韌度。當Csf的質量分數為1.5%時，復合陶瓷材料的斷裂韌度為10.39MPa·m^1/2[56]。

將WC、TiC、Ni與TiB₂的混合粉體在1650℃下熱壓復合后，發現金屬Ni能提高界面能，使材料的斷裂模式發生改變，WC可以抑制TiB₂晶粒的長大。TiB₂-TiC-WC-Ni復合陶瓷材料的抗彎強度為955.71MPa，斷裂韌度為7.5MPa·m^1/2，維氏硬度為23.5GPa^[57]。同樣，分別將Co、Ni和（Ni，Mo）與WC和TiB₂的混合粉體在1650℃下熱壓復合后，發現TiB₂-WC-Ni和TiB₂-WC-Ni-Mo復合陶瓷材料中有Ni₃B₄脆性相生成，而TiB₂-WC-Co復合陶瓷材料中有WC₂CB₂和Co₂B脆性相生成，TiB₂-WC-（Ni，Mo）復合陶瓷材料中生成的MoNi₄金屬間化合物可抑制（Ni，Mo）液相的消耗，（Ni，Mo）不僅可以抑制微孔洞和粗大TiB₂晶粒的形成，而且還可以強化WC和TiB₂晶粒間的結合強度。TiB₂-WC-（Ni，Mo）復合陶瓷材料的相對密度為99.1%，抗彎強度為1307.0MPa，斷裂韌度為8.19MPa·m^1/2、維氏硬度為22.71GPa^[58]。

將Ni、Si、Ti與B₄C的混合粉體在1700℃下熱壓反應復合后，發現Ni能抑制TiB₂的各向異性生長，獲得細小的TiB₂晶粒，而SiC晶粒和細長TiB₂晶粒能起到使裂紋偏轉的作用，有利于提高TiB₂-SiC陶瓷材料的斷裂韌度。TiB₂-SiC-Ni復合陶瓷材料的抗彎強度為858MPa，斷裂韌度為8.6MPa·m^1/2，維氏硬度為20.2GPa^[59]。此外，將碳納米管（CNTs）、Ni與TiB₂的混合物在1600℃下熱壓復合后，發現Ni能夠改善界面結合性能，并降低燒結溫度，提高材料的致密度，而碳納米管通過橋聯等方式可以提高TiB₂基復合陶瓷材料的斷裂韌度。TiB₂-CNTs-Ni復合陶瓷材料的相對密度為98.5%，抗彎強度為526.5MPa，斷裂韌度為8.58MPa·m^1/2[60]。