放电等离子合成Ti3AlC2-TiB2复合材料的相形成研究

采用放电等离子烧结工艺,以Ti,Al,B4C,Tic为原料制备Ti3AlC2/TiB2复合材料.通过X射线衍射分析了从600℃到1 300℃Ti3AlC2/TiB2系统反应过程的相形成规律.用扫描电镜观察了不同温度下试样的显微组织演变.结果表明,在900℃之前,主要的反应是Ti和AJ反应生成Ti-A1金属问化合物,900℃之后,Ti-Al金属问化合物与TiC逐渐生成Ti3AlC2和TiB2相,形成致密Ti3AlC2/TiB2复合材料.     

Ti_2AlC/Al_2O_3复合材料的原位合成及其力学性能

以Ti、TiC、Al和TiO2为原料,通过原位热压反应烧结法在1 350℃合成Ti2AlC/Al2O3复合材料。利用XRD详细研究了其反应过程,并分析了Al2O3对材料微观结构和性能的影响。结果表明,该体系在热压过程中的反应分多步进行,主要包括Ti粉与Al粉反应生成Ti-Al金属间化合物,TiO2与Al反应生成Al2O3以及Ti-Al金属间化合物与TiC反应生成Ti2AlC材料。原位反应生成的Al2O3均匀分布在Ti2AlC晶界上,抑制了Ti2A1C晶体的异常生长,从而使基体相Ti2AlC晶粒细小、均匀。力学性能测试表明Ti2AlC/12%(质量分数)Al2O3复合材料的硬度、抗压强度、抗弯强度和断裂韧性较Ti2AlC单相材料分别提高了66%,126%,130%和19.3%,并分析了其改性机理。     

金刚石表面形成Ti3SiC2的反应机理

采用Ti、Si、TiC、金刚石磨料为原料,通过放电等离子烧结(SPS),制备了Ti3SiC2陶瓷结合剂金刚石材料.研究结果表明,Ti-Si-2TiC试样经SPS加热的过程中位移、位移率和真空度在1200℃时发生明显变化,表明试样发生了物理化学变化.XRD分析结果表明1200℃时试样发生化学反应生成了Ti3SiC2.随着温度升高,试样中Ti3SiC2含量逐渐增加.当烧结温度为1200℃、1300℃、1400℃和1500℃时,产物中Ti3SiC2含量分别为65.9%、79.97%、87.5%和90.1%.在Ti/Si/2TiC粉料中添加适量的金刚石5%和10%进行烧结,并未抑制Ti3SiC2的反应合成.SEM观察表明,金刚石与基体结合紧密,同时其表面生长着发育良好的Ti3SiC2板条状晶粒.提出了一种金刚石表面形成Ti3SiC2的机制,即金刚石表面的碳原子首先与周围的Ti反应生成TiC,然后TiC再与Ti-Si相发生化学反应,生成Ti3SiC2.     

原位热压合成Ti3AlC2/Al2O3复合材料的研究

以Ti,Al,Tic,TiO2粉末为原料,采用原位热压合成法制备了Ti3AlC2/Al2O3复合材料.主要考察不同Al2O3含量对复合材料性能的影响.在1 400℃,30 MPa压力,保温2 h条件下烧结制得致密的Ti3Alc2/Al2O3块体材料.采用XRD分析了不同Al2O3,含量的复合材料的相组成.用SEM观察组织结构特征.测量了维氏硬度和电导率同Al2O3含量的关系曲线.研究结果表明,A12O3,的加入可大幅度提高复合材的硬度.Ti3AlC2/25%A12O3的维氏硬度可达8.7 GPa.虽然添加Al2O3后复合材料的电导率有所下降,但Al2O3对复合材料强度和硬度的增加有显著的贡献.Ti3Al2C2/Al2O3乃不失为一种性能良好的高温结材材料.     

陶瓷添加物对Ti_3SiC_2基复合材料抗氧化性的影响

为研究陶瓷添加物对Ti3SiC2基复合材料性能的影响,首先,采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2材料及陶瓷添加物含量均为30wt%的SiC/Ti3SiC2、Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料。然后,测试了材料的力学性能和导电性,在1 373~1 773K温度范围内对Ti3SiC2基复合材料的抗氧化性进行了研究,并对其烧结试样的物相组成和显微结构等进行了表征。结果表明:Ti3SiC2在高温氧化后的主要产物为TiO2和SiO2;氧化层分为内外2层,内层由TiO2与SiO2这2相混合组成,外层为TiO2;氧化层中存在大量显气孔,结构较为疏松,导致抗氧化性较差。与Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料相比,SiC/Ti3SiC2复合材料具有更好的抗氧化性。     

热压反应烧结法制备Al_2O_3/Ti_2AlC复合材料及其微观结构和性能

以Ti、Al和活性炭粉为原料,通过高能球磨及热压反应烧结法在1200℃合成Al2O3/Ti2AlC复合材料,即是在Ti2AlC层状材料的制备过程中同时被合成。研究了烧结温度对反应产物的影响,并重点分析了材料微观结构和性能的关系。结果表明:高能球磨使Ti2AlC的烧结温度降低,热压烧结在1200℃时得到了物相比较均匀、致密的Al2O3/Ti2AlC复合材料;同时分析材料微观结构,少量Al2O3的引入抑制了Ti2A1C晶体的异常长大,使得晶粒细小且均匀。力学性能测试表明,该材料室温抗弯强度可达275.4MPa,断裂韧度可达10.5MPa.m1/2,密度为4.2g/cm3。     

添加TiC和Ti3AlC2对燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

Ti、Al、C和TiC组成的Ti:Al:C=3:1.1:1.8（摩尔比）体系的燃烧合成实验结果表明，当在体系中未加入TiC时，得到的主要是TiC，但加入TiC后燃烧合成产物主要是Ti3AlC2，且Ti3AlC2量随TiC加入量的增加而增加，随燃烧反应体系温度的降低而增加；加入晶种Ti3AlC2有利于合成Ti3AlC2相物质。     

放电等离子烧结制备致密TiAl/Ti2AlC复合材料

本研究以Ti／Al/TiC为原料，采用放电等离子烧结工艺制备致密TiAl/Ti2AlC复合材料。制备材料主要由TiA1和Ti2AlC两相组成。当原料中掺人体积分数为7％的TiC时，Ti-A1基体由γ相和层状相所构成，而Ti2AlC颗粒则均匀分布在基体中。经热处理后，则转变为Ti2AlC颗粒均匀分布在由γ相构成的基体中的结构。研究中还测定了所得复合材料的断裂韧性和弯曲强度。     

引入MgAl_2O_4对Ti_3SiC_2基复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料,研究热压温度和MgAl2O4含量对该复合材料相组成、力学性能及抗氧化性能的影响。结果表明:热压温度影响MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料相组成,在1 450℃烧结可得到性能良好的MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料。引入适量的MgAl2O4,起到弥散强化的作用,有助于提高复合材料的力学性能,当引入量为20wt%时,抗弯强度为527.6 MPa,断裂韧性为7.09 MPa·m1/2。MgAl2O4/Ti3SiC2试样的抗氧化性能优于Ti3SiC2试样。MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料在1 400℃氧化后的氧化层分两层,外层是Mg0.6Al0.8Ti1.6O5和金红石型TiO2,内层是由TiO2、方石英SiO2及少量未氧化的基体相混合组成。     

Ti3SiC2陶瓷材料的制备及抗烧蚀行为

以固溶少量Al的Ti3SiC2粉体为原料,采用热压烧结工艺制备出致密度大于99％的Ti3SiC2陶瓷块体材料,其硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为775HV,520.46 MPa和7.62 MPa·m1/2.对Ti3SiC2块体在无冷却条件下进行抗氧乙炔焰烧蚀实验,结果表明:烧蚀10 s内Ti3SiC2陶瓷保持表面平整,烧蚀25 s内样品未出现宏观裂纹.SEM和XRD观察分析表明,Ti3SiC2陶瓷在高温乙炔焰和氧气的高热流冲击作用下,表面发生分解和氧化,Si和C被氧化为Si-O化物和C-O化物气体逸出,Ti元素被氧化成高温稳定的TiO2金红石相覆盖在表面;氧化层呈3层结构分布,最外层为结构疏松的TiO2,次表层则为TiO2和Al2TiO5组成的致密复合层,内氧化层为致密Al2O3富集层,Al2O3来源于固溶在原料Ti3SiC2中Al元素的氧化,并在高温下与TiO2反应生成了Al2 TiO5.具有高黏度和高熔点的Al2O3富集层可以有效阻碍O2和热流向基体的扩散,从而降低基体的氧化速率,提高Ti3SiC2材料的抗烧蚀性能.     

Synthesis and microstructure of layered-ternary Ti2AlC ceramic by high energy milling and hot pressing

Fully dense and single-phase Ti₂AlC ceramic was successfully synthesized by a high energy milling and hot pressing using Ti, C and Al as starting materials. The effects of composition of the initial elemental powders and sintering temperatures on the purity and formation of Ti₂AlC were examined. The formation mechanism for the single-phase Ti₂AlC ceramics was investigated by XRD in details, which could be described as follows: the most of initial elements reacted to form TiC and Ti–Al intermetallics; the intermetallics and the residual Ti and Al transformed to TiAl phase; and finally the TiAl intermetallics and the TiC reacted to yield Ti₂AlC.     

无压烧结Ti3SiC2/铝基复合材料组织与性能

MAX相具有独特的层状晶体结构,不但具备常用铝基复合材料外加陶瓷颗粒的性能特征,同时具有可与石墨媲美的摩擦性能.本文以Al粉、Si粉和典型MAX相Ti_3SiC_2为原料,采用冷压成型-无压烧结方法制备了Ti_3SiC_2/Al-Si复合材料,并通过金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析手段,研究了烧结温度、Si元素含量对复合材料组织与性能的影响.研究表明:随着烧结温度从500℃提高到700℃,复合材料致密度先上升后下降,摩擦系数先降低后上升,硬度逐渐增大至最大值并基本保持稳定;随着Si质量分数从0增加到20.7%,复合材料的致密度逐渐降低,硬度逐渐增大,摩擦系数先降低后增大,晶粒尺寸随之下降,12.5%Si晶粒最为细小;烧结温度为650℃,Si元素质量分数为12.5%的铝基复合材料具有最低的摩擦系数0.18,相应的硬度为62 HV,致密度为92.12%.XRD物相和扫描电镜组织分析表明,复合材料的主要相组成为Al、Ti_3SiC_2,及由界面反应产生的Al_4C_3和Al的氧化产物Al_2O_3.     

SPS原位反应制备TiC/Ti2AlC/TixAly系复合材料的微观结构及其导电性能

以Al₄C₃、Ti和石墨混合粉体为原料, 采用放电等离子技术原位反应制备了TiC/Ti₂AlC两相复合材料和TiC/Ti₂AlC/Ti_xAl_y三相复合材料. 利用XRD、SEM、TEM研究了复合材料的相组成和微观结构, HRTEM的观察结果显示复合材料的相界面清洁干净, 无非晶相存在. 同时研究了TiC/Ti₂AlC/Ti_xAl_y三相复合材料的原位反应烧结过程, 并对复合材料的导电行为进行了表征. 在室温时TiC/Ti₂AlC材料的电导率大于TiC/Ti₂AlC/Ti_xAl_y三相复合材料,其中TiC/40vol%Ti₂AlC的电导率最高达到8.83×105S/m. TiC/Ti2AlC两相复合材料和TiC/Ti₂AlC/Ti_xAl_y三相复合材料的电导率均随温度的升高而下降, 呈现电导的金属性特征, 同时电导率随温度变化关系符合Arrhenius理论.     

微波烧结TiC/Ti6Al4V复合材料的高温氧化行为

采用微波烧结法制备TiC/Ti6Al4V复合材料,研究TiC/Ti6Al4V复合材料在550、650和750℃空气中的恒温氧化行为,并对氧化膜的表面、截面形貌及相组成进行了分析。结果表明:TiC/Ti6Al4V复合材料由TiC、ɑ-Ti+β-Ti三种物相组成。随着氧化温度的增加,TiC/Ti6Al4V复合材料的氧化规律由抛物线型转变为直线型,在650℃温度以下,复合材料的氧化产物主要由TiO_2组成,而750℃时氧化层主要有外层极薄的TiO_2、中间层Al_2O_3和TiO_2混合区及大部分内层TiO_2三部分组成。随着TiC含量增加,氧化激活能增大,氧化物粒径减小,TiC/Ti6Al4V复合材料的抗氧化性能也越好。     

不同铝含量对Ti-Al-C系燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

采用Ti、Al、C和TiC粉末为反应物原料,研究了Ti∶C=3∶2时,不同Al含量(12.3%~25.4%,atomic fraction)对Ti-Al-C体系燃烧合成Ti₃AlC₂粉体的影响。探讨了Al含量对燃烧合成Ti₃AlC₂的影响机理。实验表明,Al含量对Ti-Al-C体系燃烧合成Ti₃AlC₂影响较大,Ti₃AlC₂的含量随Al含量(12.3%~19.4%)增加而增加,但在Al含量为20.6%~25.4%时,却随Al含量的增加而降低。      

Synthesis,microstructure and properties of (Ti1−x,Mox)2AlC phases

The reaction path of the (Ti_0.9, Mo_0.1)₂AlC phase from Ti, Al, TiC and Mo powder mixtures was investigated in detail ranging from 500 to 1450°C, and the results show that the reaction between Ti and Al produced Ti–Al intermetallics, and the reaction between Al and Mo formed Mo–Al intermetallics. And then the (Ti_0.9, Mo_0.1)₂AlC phase was formed by the reaction of Ti–Al, Mo–Al intermetallics, and TiC. At 1350°C for 2?h, a dense (Ti_0.9, Mo_0.1)₂AlC phase with purity was successfully fabricated. The Vickers hardness, flexural strength and fracture toughness were 5.48?GPa, 363.60?MPa and 5.78?MPa m^1/2, which were improved by 44, 34 and 136% for (Ti_0.80, Mo_0.20)₂AlC, respectively, compared with the single-phase Ti₂AlC.     

Fabrication of Monolithic Ti3SiC2 Ceramic Through Reactive Sintering of Ti/Si/2TiC

Fabrication of monolithic Ti₃SiC₂ has been investigated through the route of reactive sintering of Ti/Si/2TiC mixtures. Significant phase differences existed between the surface and the interior of as-synthesized products due to the evaporation of Si during the reaction process. The use of a 3Ti/SiC/C mixture as a powder bed could control the evaporation of Si and develop monolithic Ti₃SiC₂. A reaction model for the formation of Ti₃SiC₂ in the Ti/Si/2TiC system is discussed.On leave from     

Ti_2AlC-TiB_2对TiAl基复合材料组织及力学性能的影响

以Ti、Al和B4C为原料,采用真空电弧熔炼的方法制备了含Ti_2AlC-TiB_2增强相的TiAl基复合材料;分析了添加不同含量的Ti_2AlC-TiB_2对复合材料的物相组成、组织结构及力学性能的影响,并探讨了微观组织结构的形成机制。结果表明:Ti_2AlC-TiB_2/TiAl复合材料主要由TiAl、Ti3Al、TiB_2和Ti_2AlC等物相组成,TiB_2和Ti_2AlC分布在层片状的TiAl+Ti3Al基体中;随着原料中B4C含量的增多,复合材料组织中Ti_2AlC-TiB_2含量增多,且TiAl基体的晶粒被明显细化,TiB_2和Ti_2AlC分布于基体晶界或晶内。Ti_2AlC主要为层片状和板条状,尺寸5~15μm,而TiB_2颗粒形态与其含量有关,当Ti_2AlC-TiB_2含量小于20wt%时,TiB_2颗粒呈针棒状,尺寸为0.5~5μm,当Ti_2AlC-TiB_2含量增加到30wt%时,TiB_2颗粒主要呈块状,尺寸为5~20μm。Ti_2AlC由TiC与Ti-Al熔体发生包晶反应生成,Ti_2AlC和TiB_2的形成提高了Ti_2AlC-TiB_2/TiAl复合材料的硬度、塑性和抗压强度。当4Ti+Al+B4C的加入量为10wt%时,复合材料的变形量比纯TiAl提高14%,而抗压强度达到最高值1 591 MPa。Ti_2AlC和TiB_2通过裂纹偏转、颗粒钉扎、拔出等机制对Ti_2AlC-TiB_2/TiAl复合材料起到增强增塑的作用。     

Assessment of Microwave Heating for Sintering of Al/SiC and for in‐situ Synthesis of TiC

This work describes sintering of SiC‐reinforced Al‐matrix composites and in‐situ synthesis of TiC in a powder mixture of Ti and C. In the first case, microwave energy is absorbed by SiC grains, heating the metal matrix to sintering and even melting temperature. The composite is processed at <1 kW microwave power. Microwave absorption and the heating rate increase with decreasing SiC particle size. Composites with high SiC content (70 vol.‐%) are processed at 650 °C/1 h in the microwave furnace, whereas conventional resistive heating at the same temperature did not allow sintering of the sample. In the second case, radiative energy allowed the heating of Ti/C samples up to 950 °C, and microwave assistance enhanced the reaction sintering of Ti/C powder mixtures forming TiC at the border of the Ti particles. The results are compared with conventional processing. Optical images and XRD patterns confirmed the formation of TiC for both techniques.