Ti_3AlC_2陶瓷的热压合成

以TiC-Ti-Al为反应体系,采用原位热压技术制备Ti3AlC2陶瓷。借助XRD分析相组成,并对实验现象进行分析。结果表明,TiC的加入,避免了Ti和C粉之间强烈的放热反应。通过降低初始压坯尺寸抑制了"热爆行为",有利于合成高纯Ti3AlC2。用大压坯时,"热爆行为"明显,产物由Ti3AlC2、TiC和Ti3Al相组成,Ti3AlC2含量少;用小压坯时,未发生"热爆行为",产物由Ti3AlC2和TiC相组成,Ti3AlC2相含量较高。     

热压烧结工艺制备Ti2AlC/Ti3AlC2陶瓷材料

以Ti，Al，C为原料，采用热压工艺制备出相组成为Ti2AlC/Ti3AlC2块体材料，合成材料的X—射线衍射和扫描电镜(SEM)分析的结果表明：当烧结温度为1400℃时，材料中的主晶相为Ti2AlC,大小为10μm的板状多晶体；而在1500℃的温度下烧结所得材料的主晶相为Ti3AlC2，其板状多晶体的晶粒尺寸平均约为20μm。     

自蔓延高温合成Ti3AlC2 和Ti2AlC及其反应机理研究

以Ti,Al和C的粉体混合物为原料，在纯氩气气氛，25MPa压力，1600℃保温4h条件下，自蔓延高温合成了Ti3AlC2和Ti2AlCT，利用X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜（SEM）等手段对反应产物进行了研究，提出了自蔓延高温合成Ti3AlC2和Ti2AlC应具备的条件，并探讨了Ti，Al和C自蔓延高温合成Ti3AlC2和Ti2AlC的反应机理，结果表明，Ti3AlC2和Ti2AlC能够由Ti,Al和C元素经高温自蔓延合成反应来制备，其制备的必要条件是需要极快的加热速率以防止铝熔化并且改变钛的转移路线，Ti3AlC和Ti2AlC综合了金属材料和陶瓷材料的优点，成功的应用自蔓延高温方法合成Ti2AlC2和TiAlC必将成为该类材料纯块体的合成和制备提供好的原料，从而这类材料的实际应用将起到极大的推动作用。     

掺杂硅热压工艺烧结制备Ti2AlC陶瓷材料

以Ti、TiC、Al为原料，采用热压工艺制备出相组成为Ti2AlC块体材料。合成材料的X-射线衍射和扫描电镜(SEM)分析的结果表明：当烧结温度为1400℃时。材料中的主晶相为Ti2AlC，为10μm大小的板状多晶体；而在1500oC的温度下烧结所得材料的主晶相为Ti3AlC2，其板状多晶体的晶粒尺寸平均约为20μm。掺加硅时，随着温度的提高有利于Ti3AlC2的生成。     

工艺调控对原位合成Ti3AlC2陶瓷的影响

以TiC、Ti和Al粉为原材料,采用冷压预成型-热压辅助工艺原位制备Ti3 AlC2陶瓷.借助反应吉布斯自由能分析TiC-Ti-Al体系的合成机制,采用XRD和SEM分析工艺因素如升温速率、Al含量、烧结温度和压坯尺寸对原位合成Ti3 AlC2陶瓷的影响.结果表明,通过调控工艺,成功合成了高纯度Ti3 AlC2陶瓷,Ti3 AlC2具有典型的层状结构.该反应体系的最佳升温速率为:1000℃之前,20℃/min; 1000℃之后,10℃/min.用纳米TiC粉替代微米TiC粉,烧结温度由1450℃降至1350℃,且Ti3 AlC2的合成纯度更高.当采用大尺寸压坯时,发生了“热爆”现象,非平衡相较多,Ti3 AlC2的生成含量较低,且样品开裂严重.Ti3 AlC2的合成过程为:Ti与Al反应生成TiAl金属间化合物,接着TiAl与TiC反应生成Ti3AlC2.     

TiAl对燃烧合成Ti_2AlC的影响

以单质粉末Ti,Al和炭黑为原料,添加一定量燃烧合成法自制的金属间化合物TiAl,在保持总配方中Ti2AlC化学计量比不变时,研究了TiAl对燃烧合成产物的影响。结果表明:不添加或添加质量分数为20%～35%的TiAl,燃烧合成产物的主晶相均为Ti3AlC2,只含有少量Ti2AlC。产物中Ti3AlC2量随添加TiAl量增加而增加,而Ti2AlC相的含量基本不变。生成Ti2AlC和Ti3AlC2的反应是Ti-Al-C燃烧反应体系中的平行反应,实验中生成Ti3AlC2的速率大于生成Ti2AlC的速率。金属间化合物TiAl不是控制燃烧合成Ti2AlC反应速率的物质,而是控制燃烧合成Ti3AlC2反应速率的物质之一。从化学反应动力学和热力学角度探讨了TiAl对Ti-Al-C体系燃烧合成过程的影响机理。     

放电等离子制备Ti3AlC2/TiB2复合材料及性能

采用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)工艺制备了Ti3AlC2/TiB2复合材料,并研究了复合材料的性能.研究表明:在1 250℃,30MPa烧结8min,可以获得相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料性能,当TiB2含量为30%(体积分数,下同)时,Ti3AlC2/30%TiB2复合材料的Vickers硬度达到10.39GPa,电导率为3.7×106 S/m;当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696MPa,断裂韧性为6.6MPa·m1/2.用电子显微镜对复合材料的显微结构分析表明:Ti3AlC2/TiB2复合材料的晶粒为层状结构.     

球磨时间对Ti-Al-C系机械合金化粉体相组成和形貌的影响

采用Ti,Al和C元素粉体为反应原料,通过机械合金化方法制备出高纯度Ti3AlC2陶瓷粉体.研究球磨时间对Ti-Al-C系混合粉体相组成和形貌的影响,探讨合成Ti3AlC2的反应机理.研究表明:当机械合金化的其它参数不变,球磨时间4h时,原料粉体仍以单质形式存在;将球磨时间延长至4.5h时,此时混合粉体中Ti3AlC2含量提升到86wt％(质量分数,下同);4.5 h后,混合粉体中Ti3AlC2含量开始下降;通过对实验机理进行分析,单质粉体发生机械诱发自蔓延反应合成Ti3AlC2.     

原位热压TiC/Ti/Al合成Ti2AlC的研究

以TiC／Ti／Al为原料，采用热压工艺在1400℃原位合成和烧结了含少量第二相Ti3AlC2的Ti2AlC材料。通过不同温度和不同热压时间下合成试样的：XRD分析探讨了Ti2AlC的合成过程。结果表明，高温下Ti与Al反应生成中间相TiAl金属间化合物，然后TiC与TiAl金属间化合物反应生成Ti2AlC。初期反应非常迅速，大部分Ti2AlC在此阶段生成。反应后期反应物减少，速度变慢，同时生成少量第二相Ti3AlC2。不同温度下合成的Ti2AlC颗粒具有不同的形貌特征。     

原位热压TiC/Ti/Al合成Ti2AlC的研究

本以TiC／Ti／Al为原料，采用热压T艺在1400℃原位合成和烧结含少量第二相Ti3AlC2的Ti2AlC材料。通过不同温度和不同热压时间下合成试样的XRD分析探讨了Ti2AlC的合成过程。结果表明，高温下Ti与Al反应生成中间相TiAl金属间化合物，然后TiC与TiAl金属间化合物反应生成Ti2AlC。不同温度下合成的Ti2AlC颗粒具有不同的形貌特征。     

Reversible phase transformation in Ti2AlC films during He radiation and subsequent annealing

Ti₂AlC film can be used as a protective coating for fuel cladding materials and structural materials in nuclear reactors. However, the related radiation damage and the helium (He) effects have not been well understood. In this work, the He radiation effects on Ti₂AlC thin films, deposited by reactive magnetron sputtering, were studied. In addition to the detailed characterization of the radiation-induced defects and He bubbles, phase transformation was identified and investigated during film deposition, ion irradiation, and subsequent annealing. Results suggested that the hexagonal close-packed (hcp) Ti₂AlC was formed from a solid-solution face-centered cubic (fcc) (Ti₂Al)C phase during the film deposition process. A phase transformation from hcp-Ti₂AlC to fcc-(Ti₂Al)C happened during the He ion irradiation, while a reversible phase transformation from fcc-(Ti₂Al)C to hcp-Ti₂AlC occurred during the post annealings at temperatures above 600 °C. The reversible phase transformation indicates dynamic restoration of this material and provides insights into the design of new irradiation-damage-tolerant ceramic materials.     

Ti3AlC2陶瓷的制备及其摩擦磨损性能

以钛、铝、碳粉为反应物原料,采用反应烧结技术制备了Ti3AlC2陶瓷,研究了各工艺参数对制备试样物理性能的影响,同时也对其摩擦磨损性能进行了分析。实验结果表明：按照摩尔比x（Ti）：y（Al）：z（C）=3.0：1.2：2.0的配比进行反应烧结,在1 300℃烧结0.5 h,能够制备出高纯致密的Ti3AlC2陶瓷,其质量含量高达94.6%,孔隙率为9.4%。当烧结温度过低时,得到的Ti3AlC2陶瓷含量较低,且杂质较多;当烧结温度过高时,会导致Ti3AlC2陶瓷发生分解反应。当载荷较小时,Ti3AlC2陶瓷磨损以磨损面的解理流变和粒子脱落造成的磨粒磨损为主;而载荷较大时,其磨损机理以轻微划痕和轻微黏着磨损为主。     

Formation of nanostructures in Ti2AlC induced by high-temperature helium irradiation

The effects of helium (He) irradiation on Ti₂AlC at different temperatures were studied in this work. He irradiation at room temperature (RT) induced severe lattice distortion and caused serious cracks in the samples. During He irradiation, Ti-Al bonds were easily broken and He atoms tended to accumulate at basal planes forming microcracks after irradiations at RT and 430 °C. Stacking faults and nanotwins were formed after He irradiation at all temperatures. Three kinds of nanostructures were formed after He irradiation: 1) face-centered cubic (fcc) nanotwins generated by outward diffusion of Al, accumulation of C interstitials and detwinning of Ti₂C slabs; 2) fcc nanograins induced by the formation of fcc structure and its subsequent amorphization by irradiation; 3) Ti₂AlC nanotwins induced by recrystallization from fcc nanotwins at 750 °C. All the results indicate that Ti₂AlC is highly resistant to He radiation and has excellent damage recovery at high temperatures.     

新型层状陶瓷Ti3AlC2的研究进展

综述了可加工性Ti3A1C2陶瓷的研究进展。三元碳化物Ti3AlC2属于六方晶体结构，空间群为P6 3／mmc。它具有许多优良的性能，有较高的强度和弹性模量，还有高的导热和导电系数。室温下有抗损伤能力，高温下有良好的抗氧化性及显著的塑性变形。应用SHS、HP／HIP及SPS(等离子放电烧结)可制备该化合物。用HIP及SPS可制备高纯、致密的Ti3A1C2陶瓷材料。     

Phase transitions and He bubble evolution under sequential He ions implantation and Fe ions irradiation: New insight into the irradiation resistant of Ti3AlC2

The phase transitions and He bubble evolution in Ti₃AlC₂ with the sequential He ions implantation and Fe ions irradiation at room temperature were investigated with grazing incidence X-ray diffraction and transmission electron microscopy. The pre-implanted He makes an obviously effect of suppressing the phase transitions caused by the following Fe ions irradiation. The following Fe ions irradiation was also found to create a competitive effect on the evolution of the pre-formed He bubbles. It can cause not only the growth of He bubbles, but the shrinkage (or re-solution of He bubbles). This will improve the resistance to He bubbles induced damage for Ti₃AlC₂. Both He ions implantation and Fe ions irradiation actually inhibit each other's irradiation damage to the material. This may play a positive role in reducing irradiation damage to the Ti₃AlC₂ material, and also provides new insight into irradiation resistance of this material.     

放电等离子烧结Cu/Ti3AlC2的电性能及力学性能

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,使用放电等离子烧结制备Cu/Ti3AlC2复合材料,研究了不同烧结温度对复合材料的影响。结果表明,在750~800℃之间,Cu与Ti3AlC2之间会发生反应生成TiC相。同时随着温度在650~850℃不断增加,密度和抗弯强度不断增加在850℃达到最大值分别为8.33 g·cm^-3和531.4 MPa,而电阻率先减小在750℃达到最小值1.98×10^-7Ω·m后增加在850℃达到最大值6.47×10^-7Ω·m。Cu/Ti3AlC2复合材料性能随着温度的变化与其致密度和反应生成TiC有着密切的联系。     

新型层状陶瓷Ti2AlC的合成和性能研究

国内外许多材料科学工作对层状陶瓷Ti2AlC的合成进行了大量的研究。他们分别采用了自蔓延（SHS），热压（HP），热等静压（HIP）等法，合成了该化合物，用HIP法能制备出高纯，致密的Ti2AlC陶瓷，最后，作以Ti/Al/C元素粉为原料，采用原位热压的方法，成功地合成了多晶Ti2AlC块状材料。     

电流辅助加热条件下Ti_3AlC_2/Zr连接界面研究

采用电场辅助加热技术实现了Ti_3AlC_2/Zr的低温连接,并对其界面结构进行了研究。在TAC/Zr连接对中,Al的扩散激活能只有6.9 k J/mol,远低于传统的热压方法连接Ti_2AlC-Zr时Al的扩散激活能。TiC做过渡层时可以有效地抑制Al从Ti_3AlC_2一侧向Zr合金中扩散,并且可以进一步降低连接温度。研究发现,通过调控TiC涂层的计量比以调控连接界面的性能是完全有可能的。