TiAl-Al2O3纳米粉体的机械活化-放电等离子原位烧结

用机械活化-放电等离子烧结(MA-SPS)方法原位制备TiAl-Al2O3材料.MA后得到晶粒度小于25nm的纳米粉体,其中Al2O3起到机械活化和细化晶粒的作用,促使粉体快速纳米化;SPS原位烧结后得到密度为3.73g/cm3的(α2 γ)双相组织,组成相的晶粒度小于130nm.     

Ti-Al-Al2O3纳米粉体的机械活化-放电等离子烧结

TiAl基合金是很有发展潜力的高温结构材料,为实现快速高效制备此材料,采用新型的机械活化-放电等离子烧结(MA-SPS)制备纳米材料的有效方法,原位制备Ti-Al金属间化合物Ti-47%Al-10%Al2O3(Al为原子分数,Al2O3为质量分数)材料.介绍了放电等离子烧结这种新兴的纳米固体材料制备技术的特点,结合Ti-Al基合金的具体制备工艺,对MA-SPS的特征予以详细分析研究.通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析,经机械球磨活化后,得到晶粒度小于24 nm的纳米单质元素粉体,为后续原位烧结提供合适的烧结原料.其中添加的Al2O3起到细化晶粒、促进纳米化和机械活化、提高出粉率等作用.纳米粉体在合适的参数下经放电等离子烧结后,可得到致密度达98.7%的(TiAl Ti3Al)理想双相组织,其成分的晶粒度小于91 nm,成为纳米固体材料.     

放电等离子烧结Ti-Al系金属间化合物

用机械合金化法(MA)制备了Ti-45% Al纳米晶合金粉末,并对其进行放电等离子烧结(SPS),烧结时间仅为5min.用D-maxIIA型X射线衍射仪、JEM-2000EX型透射电子显微镜对粉末和烧结块体的微观组织及机械性能进行了研究.研究表明:Ti和Al的粉末随着球磨时间的延长,粉末有明显的细化趋势,球磨5h即有非晶产生,球磨20h后得到接近完全非晶相;采用SPS烧结技术,在1200℃下能够制备出较高硬度的TiAl金属间化合物块体材料.     

机械合金化和放电等离子烧结制备Y3Al5O12陶瓷

采用机械合金化和放电等离子烧结制备YAG陶瓷,研究了球磨时间对原料颗粒大小和烧结合成YAG纯度的影响,并利用x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对反应过程及产物形貌和物相进行了分析.研究结果表明,机械合金化Y2O3和Al2O3粉体,可明显细化氧化物颗粒,球磨20h后,Y2O3和Al2O3晶粒大小约为34nm和32nm.球磨处理的Y2O3和Al2O3粉体具有很高的活性,促进放电等离子烧结低温反应合成和获得致密的YAG.对球磨20h的粉体在不同温度进行放电等离子烧结,在1200℃即可获得纯YAG陶瓷,在1500℃烧结,可得到相对密度为99.5%的YAG陶瓷.1500℃烧结的块体在可见光范围内透过率为13.8%.     

纳米Al2O3p/Cu复合材料的制备及其性能研究

采用高能球磨法制备了纳米Al2O3p/Cu复合材料粉体,复合粉体经过压制、烧结和挤压后成为铜复合材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电导仪等测试方法,研究了球磨后的复合粉体和复合材料显微结构、电导率和硬度.实验证明,粉体经过2h以上球磨后,Al2O3相逐渐消失,复合粉体为纳米晶结构,晶粒直径66～87nm.随着Al2O3粉体含量增加,铜复合材料的电导率显著下降.烧结后挤压有利于复合材料导电性能的提高.当Al2O3粉体含量1wt%、球磨6h时,烧结后重新挤压的复合材料试样电导率IACS 76%、硬度HB 83.8.     

Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复合材料的制备及性能

本文研究了非均相沉淀法制备Al2O3－ZrO2（3Y）－SiC复合粉体的工艺过程,认为粉体的理烧温度是至关重要的,热压烧结得到了致密的Al2O3－ZrO2（3Y）－SiC纳米复合材料,ZrO2的加入对烧结温度的影响不大．通过TEM观察,SiC颗粒均匀分散于材料中,大的ZrO2颗粒位于Al2O3晶粒间,小的圆形ZrO2颗粒位于Al2O3晶粒内,一部分Al2O3晶粒呈非等轴状．80Wt％Al2O3－15wt％ZrO2－5Wt％SiC纳米复合材料的抗弯强度可达555MPa,韧性为3.8MPa．m1／2.     

高能球磨结合SPS技术制备Al2O3-TiC复合材料及其性能研究

以TiO2、Al、C(石墨)为原料,首先采用高能球磨引导铝热反应合成了Al2O3-TiC纳米复合粉体,然后采用放电等离子体烧结纳米复合粉体制备了Al2O3-TiC复合材料.结果表明,在氩气氛围下高能球磨3h后,原料粉末就发生了铝热反应,合成的Al2O3-TiC复合粉体粒子尺寸大约在100nm左右.采用SPS技术在1450℃保温4min烧结的试样致密度达99.6%,并且结构精细(大部分晶粒＜1μm),两相分布比较均匀,有较好的力学性能和电导性能,抗弯强度为650+21MPa,硬度为19.1±0.2GPa,断裂韧性为4.5±0.2MPa·m1/2,电导率为2.3828×105Ω-1.m-1.     

低温制备高致密度细晶W-10％TiC复合材料

采用高能球磨结合真空热压的手段制备了W-10％（质量分数）TiC复合材料。采用扫描电镜、透射电镜和x射线衍射等对复合粉体及复合材料进行表征。结果表明，通过高能球磨得到了粒径均匀，平均粒径约为100nm的纳米复合粉体，粉体经过1700℃真空热压烧结后致密度达到99．1％，并且保持细晶结构（平均晶粒尺寸为0．8gm）。热压和高能球磨导致的机械活化以及引入的Fe、Ni等杂质是复合材料低温烧结达到高致密度的重要原因。     

低温燃烧合成 Al2O3-LaPO4复合粉体及其陶瓷性能研究

以Al（NO3）3、LaPO4和柠檬酸为原料，采用低温燃烧方法合成Al2O3-LaPO4复合粉体．在相同热压烧结条件下，ALC50（采用燃烧法合成的复合粉体）相对密度比ALM50（采用球磨混合的复合粉体）提高2．5％，达到98．5％．断口形貌分析显示ALC50中晶粒（平均0．56μm）明显比ALM50中晶粒（平均L74μm）细化．ALC50的强度、韧性分别比ALM50增加11．1％、11．2％，而硬度基本相同．由于弱界面的增加，ALC50钻孔速率比ALM50提高近50％．     

Cu纳米晶块体的制备及纳米晶粒长大动力学研究

采用高能球磨的方法制取金属纳米晶粉末，然后利用放电等离子烧结（SPS）技术制备出金属纳米晶块体材料。设计系列实验研究金属纳米晶材料的晶粒长大行为，获得了纳米晶粒长大的动力学规律。根据已有的工作基础和对实验结果的深入分析，确定动力学参数对稳定相晶粒长大行为的影响。实验发现了高能球磨配合SPS技术制备的Cu纳米晶块体发生快速晶粒长大的临界温度，并结合纳米晶界过剩体积与过剩自由能的关系，分析了纳米晶粒组织的能量因素对晶粒长大行为及动力学的影响。     

热压与放电等离子体烧结两种工艺制备Al2O3/Cu复合材料

由机械合金化法(MA)制得纳米级Al₂O₃颗粒弥散镶嵌于微米级Cu颗粒表面的复合粉末, 利用球形化工艺改善所制得复合粉的形貌及粒度范围, 分别采用热压法(HP)和放电等离子体烧结(SPS)法制备Al₂O₃/Cu复合材料。通过测试密度、 电导率、 抗弯强度及SEM复合粉形貌和烧结体断口分析、 微区成分分析, 对比研究了Al₂O₃质量分数分别为0%、 0.5%、 1.0%、 1.5%时Al₂O₃/Cu复合材料的物理、 力学和电学性能。结果表明: 不同制备工艺下随着Al₂O₃含量增加, 材料的抗弯强度先增后降, 电导率除受杂质影响外, 还受材料缺陷的影响, 故变化规律不明显, 对于Al₂O₃含量相同的Al₂O₃/Cu复合材料, 采用SPS法制备的复合材料的致密度、 抗弯强度及电导率均高于HP法; 在弯曲应力下两种制备方法所得复合材料均发生延性断裂。      

Effect of pore structure on mechanical properties of porous TiAl

Based on two sets of TiAl powder, two kinds of porous TiAl were separately fabricated by powder metallurgical route including four stages. The porous TiAl with single pore structure (SPS) was prepared using pre-alloyed TiAl powder prior mechanical ball milling. Another porous TiAl with composite pore structure (CPS) was manufactured depending on composite mixture of Ti/Al elemental powders. The sintering was achieved at much lower temperature for the pre-alloyed power than for the elemental composite mixture. Compressive mechanical tests indicate that much higher mechanical strength can be obtained for SPS than for CPS at the same porosity. It was suggested that the difference of mechanical properties is ascribed to the variety of the compressive deformation process.     

纳米相复合Al-Sn合金的反应球磨制备及性能研究

利用反应球磨制备Al-SnO_2-MgH_2粉末,然后通过压制和烧结制备出高热稳纳米相复合结构Al-Sn合金。运用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)等研究反应球磨制备的纳米相复合Al-Sn合金的组织和性能。结果表明:采用两步法和添加MgH_2组元的方式所制备的机械合金化(MA)Al-SnO_2-MgH_2复合粉末,经压制和600℃烧结,合金中的SnO_2几乎全部被还原成单质Sn,并呈现双尺度结构。其中,共生反应形成的纳米级Sn粒子和Al_2O_3颗粒均匀弥散地分布在Al基体中,显著提高了合金的硬度,从而使合金表现出低的摩擦系数和磨损量。     

粉末冶金TiVNbTa难熔高熵合金的组织和力学性能

将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)相结合制备了难熔TiVNbTa高熵合金,研究了这种合金的机械合金化过程、相组成和显微组织,以及烧结温度和O、N含量对其力学性能的影响。结果表明:机械合金化后高熵合金粉末为BCC结构,放电等离子烧结成的块体高熵合金由BCC基体和FCC析出相组成,其析出相为TiN+TiC+TiO的复合物。烧结温度为1100℃的高熵合金具有良好的综合力学性能,压缩屈服强度达到1506.3 MPa,塑性应变为33.2%。随着烧结温度的提高,合金发生了从准脆性到塑性再到脆性断裂的转变。O和N含量的提高对高熵合金强度的影响较小,但是使其塑性显著降低。     

Sintering behavior of mechanically alloyed Ti-48Al-2Nb aluminides

Ti-Al intermetallics have been produced using mechanical alloying technique. A composition of Ti-48Al-2Nb at % powders was mechanically alloyed for various durations of 20, 40, 60, 80 and 100 h. At the early stages of milling, a Ti (Al) solid solution is formed, on further milling the formation of amorphous phase occurs. Traces of TiAl and Ti₃Al were formed with major Ti and Al phases after milling at 40 h and beyond. When further milled, phases of intermetallic compounds like TiAl and Ti₃Al were formed after 80 hours of milling and they also found in 100 h milled powders. The powders milled for different durations were sintered at 785°C in vacuum. The mechanically alloyed powders as well as the sintered compacts were characterized by XRD, FESEM and DTA to determine the phases, crystallite size, microstructures and the influence of sintering over mechanical alloying.     

高能球磨Ti/Al复合粉体低温烧结膨胀开裂行为

为了制备高密度的TiA l基合金,研究了高能球磨Ti/A l复合粉体的烧结性能.冷压坯在660℃以下真空反应烧结,采用排水法测定了烧结坯体积和密度变化,利用X射线衍射、扫描电子显微镜研究了坯料烧结过程中的相变和显微组织特征.结果表明,坯料在低温烧结过程中产生明显的体积膨胀和开裂.原因主要是低密度过渡金属间化合物TiA l3的形成,烧结过程中A l向Ti扩散留下的孔隙,高能球磨和压坯过程中产生的塑性变形以及Ti、A l反应烧结过程中的自蔓燃现象.适当延长球磨时间和严格控制烧结温度将有助于减少膨胀,避免开裂.     

机械合金化-放电等离子烧结Al2Cu颗粒增强Al基复合材料的制备

以Al粉和Cu粉为原料,采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)工艺,原位合成了致密的Al₂Cu/Al块体复合材料,着重研究了MA过程中粉末的形貌、尺寸和物相结构的变化以及SPS后复合材料的微观组织和力学性能。结果表明: 在MA过程中,随着MA时间延长,部分Cu原子逐渐固溶于Al原子晶格中,形成均匀过饱和的固溶体Al(Cu);在SPS过程中,Cu从过饱和固溶体中析出并与Al反应形成Al₂Cu颗粒,且弥散分布于Al基体中,形成Al₂Cu/Al复合材料;Al₂Cu/Al复合材料的致密度高达98.7%,室温下的压缩断裂强度为611.3 MPa,延伸率为9.6%,具有良好的力学性能。     

TiH2-based Ti-1Al-8V-5Fe PM alloys with different addition methods of alloying elements

The powder metallurgy high-strength Ti-1Al-8V-5Fe alloy (Ti-185 alloy) was investigated in this paper with different addition methods of alloying elements, Al, V, Fe pure elements powder (EP) or 1Al-8V-5Fe ternary master alloy powder (MAP), based on TiH₂ powders at the sintering temperature from 1150 to 1350°C. The results indicate that the Ti-185 alloy with the 1Al-8V-5Fe master alloy (Ti-185 MAP alloy) possesses the higher relative sintered density, less oxygen content, and less α-phase volume fraction versus the Ti-185 alloy with Al, V, and Fe pure elements (Ti-185 EP alloy). No matter where the sintering temperature is 1150, 1250, or 1350°C, Ti-185 MAP alloy invariably has the higher yield strength and hardness which have a strong relationship to its higher density and less volume fraction of softer α-phase in comparison with Ti-185 EP alloy.