Ti-C-Fe 体系自蔓延高温合成的反应 动力学过程和结构形成过程

采用燃烧波峰铜楔块淬熄法和热分析法, 研究Ti-C-Fe 体系自蔓延高温合成的反应动力 学过程和结构形成过程。在该体系SHS 过程中, 首先形成Fe、Ti 低共熔体, C 在高温下溶解于熔体 之中, 进而形成富Ti 的TiC_x。在主波峰后C 继续通过扩散与TiC_x 反应形成接近化学计量比的 TiC。熔融金属的流动导致大团聚体形成, 在团聚体内反应形成小颗粒TiC, 在燃烧波过后的持续 高温阶段, TiC 粒子继续长大。     

Ti-C-xFe体系自蔓延高温合成及机理

采用自蔓延高温合成新技术合成ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料,研究了原料组份、粒度对合成过程及产物特征的影响。探讨了燃烧反应及结构形成机理。结果表明,随Ｆｅ含量的增大,燃烧合成温度降低,合成ＴｉＣ粒度变细,燃烧波速度在Ｆｅ含量为１０％（质量分数）时出现极大值。与碳黑作碳源对比,细粒石墨在反应合成过程中表现出更大的活性。用铜楔块燃烧波淬息法研究了合成过程。整个合成过程经历了金属的熔融、碳向熔融体中的溶解扩散、大团聚的形成、小的ＴｉＣｘ颗粒生长及ＴｉＣ长大等阶段。     

TiC/Fe体系自蔓延高温合成过程中金属相Fe的作用

本文探讨了金属相Ｆｅ的含量变化对ＴｉＣ／Ｆｅ体系自蔓延高温合成的影响。随着Ｆｅ含量的增高，燃烧温度降低，在Ｆｅ为３０～３５ｗｔ％时出现一个温度平台，对应着Ｆｅ的熔融。燃烧波速度在Ｆｅ为１０ｗｔ％时出现极大值，反映ＳＨＳ过程中Ｆｅ液相的作用。Ｆｅ含量增高，体系的燃烧模式由稳态燃烧转变为振荡式和螺旋式燃烧，当Ｆｅ＞６０ｗｔ％时，体系燃烧反应则不能自持。合成产物中ＴｉＣ粒度随着Ｆｅ含量增高而变细，反映了燃烧温度和铁液相对ＴｉＣ粒子生长的联合作用。     

Al-TiO2-C-Ti-Fe体系反应过程研究

采用ＤＳＣ和ＸＲＤ对不同Ｆｅ含量Ａｌ－ＴｉＯ２－Ｃ－Ｔｉ－Ｆｅ体系的燃烧反应过程进行了研究。结果表明,Ａｌ－ＴｉＯ２－Ｃ－Ｔｉ－Ｆｅ体系的反应是分步进行的。在高温区以金属间化合物的分解及Ｔｉ、Ｃ反应为主;在低温区则随着Ｆｅ含量的不同存在不同的反应：Ａｌ－ＴｉＯ２－Ｃ－Ｔｉ以Ａｌ、Ｔｉ的反应为主,Ａｌ－ＴｉＯ２－Ｃ－Ｔｉ－２０ｗｔ％Ｆｅ以Ａｌ、Ｔｉ及Ａｌ、Ｆｅ反应为主,同时还存在Ａｌ、ＴｉＯ２及Ｆｅ、Ｔｉ反应,而Ａｌ－ＴｉＯ２－Ｃ－Ｔｉ－５０ｗｔ％Ｆｅ则以Ｆｅ、Ａｌ和Ｆｅ、Ｔｉ反应为主。     

TiC／Fe体系自蔓延高温合成过程中金属相Fe的作用

本文探讨了金属相Ｆｅ的含量变化对ＴｉＣ／Ｆｅ体系自蔓高温合成的影响，随着Ｆｅ含量的增高，燃烧温度降低，在Ｆｅ为３０～３５ｗｔ％时出现一个温度平台，对应着Ｆｅ的熔融，燃烧波速度Ｆｅ为１０ｗｔ％时出现极大值，反映ＳＨＳ过程中Ｆｅ液相的作用，Ｆｅ含量增高，体系的燃烧模式由稳态燃烧转变为振荡式和螺旋式燃烧，当Ｆｅ〉６０ｗｔ％时，体系燃烧反应则不能自持，合成产物中ＴｉＣ粒度随着Ｆｅ含量增高而变细，反映了燃烧     

钛铁矿原位碳热还原合成TiC/Fe的热力学过程及合成条件研究

以天然矿物钛铁矿（ＦｅＴｉＯ_３）、Ｃ（石墨）为原料,采用原位碳热还原法,实现合成与烧结一体化,真空烧结制备了ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料,探索了一条低成本合成高性能ＴｉＣ／Ｆｅ复合材料的新途径．对反应的热力学过程进行理论分析和实验研究,探讨了产物的合成条件．研究表明,ＴｉＣ的反应形成机理是：首先,ＦｅＴｉＯ_３被Ｃ还原生成Ｔｉ_ｘＯ_ｙ和α－Ｆｅ;然后,Ｃ继续与Ｔｉ_ｘＯ_ｙ反应,将氧一步一步还原出来,直至生成ＴｉＣ;ＴｉＣ颗粒长大的过程是,先形成富Ｔｉ缺Ｃ的ＴｉＣ_ｘ,然后ＴｉＣ_ｘ继续与Ｃ反应形成接近化学计量比的ＴｉＣ．烧结温度范围在１５００～１６００℃之间,随温度的升高,产物的硬度和密度稍有提高．Ｍｏ的加入可以改善金属相对ＴｉＣ的润湿性．产物中有少量游离碳存在．     

Fe-Ti-C系燃烧合成反应的热力学分析

利用相图计算技术（ＣＡＬＰＨＡＤ）对Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ燃烧合成反应体系进行热力学分析,着重研究Ｆｅ含量和Ｃ／Ｔｉ原子比对体系绝热燃烧温度Ｔ_ａｄ和平衡相组成的影响．研究结果表明,Ｆｅ含量对 Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ三元系的平衡相组成影响不大,但对绝热燃烧温度的影响非常大．当保持Ｃ／Ｔｉ原子比接近１．０时,不管Ｆｅ含量如何变化;在２９８Ｋ下均会得到理想的平衡相组织ＴｉＣ＋Ｆｅ 随Ｆｅ含量增加,体系的绝热燃烧温度大致呈线性降低．Ｆｅ－Ｔｉ－Ｃ体系发生ＳＨＳ反应的热力学条件之一（Ｔ_ａｄ＞１８００Ｋ）是Ｆｅ＜５５ｗｔ％．而 Ｃ／Ｔｉ原子比对绝热燃烧温度的影响比较小,但对平衡相组成影响非常大,主要表现在两个方面：①石墨相的析出温度不同．随Ｃ／Ｔｉ原子比降低,析出温度也随之降低．②在各温区石墨相的含量不同．当 Ｃ／Ｔｉ在１．０～１．４变化时,石墨相含量在低温区由１％提高到１６％．     

SHS／PHIP技术制备TiC—30Fe金属陶瓷的显微组织及形成过程研究

通过自蔓延高温合成结合准热等静压法制备出了致密度为９６．３％的ＴｉＣ－３０ｗｔ％Ｆｅ金属陶瓷。分析了金属陶瓷的结构和组织，讨论了ＳＨＳ／ＰＨＩＰ制备金属陶瓷的材料结构形成过程。结果表明，金属陶瓷由近乎球形ＴｉＣ颗粒和Ｆｅ粘结相组成。粘结相Ｆｅ与ＴｉＣ之间有一较薄扩散层。     

燃烧合成AlN-TiC陶瓷及致密化机理分析

采用ＳＨＳ工艺,在１００ＭＰａ高压氮气下,制备了致密的ＡＩＮ－ＴｉＣ陶瓷,相对密度达９５％,抗弯强度达２４０ＭＰａ．研究表明,ＡＩ－Ｎ_２－ＴｉＣ体系ＳＨＳ过程中,当反应温度升至６６０℃时,ＡＩ熔化．高温下熔融ＡＩ在ＴｉＣ表面发生漫流现象,在ＳＨＳ反应区发生液相烧结,从而使反应区孔隙率显著下降,当开气孔闭合时在气相等静压作用下形成致密产物．随着ＴｉＣ含量增加,液相烧结作用增强,产物致密度显著提高,抗弯强度及断裂韧性提高．ＡＩ－Ｎ_２－ＴｉＣ体系的ＳＨＳ致密化主要发生在燃烧波蔓延方向,具有明显的方向性．     

颗粒增强Fe3Al基复合材料的制备和性能

用熔铸法制备了ＳｉＣ,Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２颗粒增强Ｆｅ－２８Ａｌ－５Ｃｒ基复合材料,研究了材料的微观组织和力学性能,结果表明,Ａａ２Ｏ３在Ｆｅ３Ａｌ中的化学稳定性很好,ＴｉＢ２与基体发生了部分反应,ＳｉＣ与基体的反应严重,复合材料在室温和高温下的力学性能的变化说明,上述颗粒的加入使材料的强度较大幅度的提高,塑性有所下降。     

Study on the reaction mechanism of self-propagating high-temperature synthesis of TiC in the Cu–Ti–C system

The mechanism of the self-propagating high temperature synthesis (SHS) processing in the Cu–Ti–C system was investigated. The reaction sequence and mechanism were explored using combustion front quenching method. The SHS reaction in the Cu–Ti–C system starts with the solid diffusion reaction between Cu and Ti particles, subsequently, the Cu–Ti liquid forms and spreads over C particles. The C particles dissolve into the Cu–Ti liquid, leading to the formation of the Cu–Ti–C ternary liquid, as a result, TiC particulates are gradually precipitated out of the liquid.     

重力分离SHS陶瓷内衬复合管界面现象

利用自蔓延高温合成-重力分离法制备了陶瓷内衬20碳钢、Cr25Ni20耐热钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢高炉煤粉喷吹复合管。对其界面现象的研究表明,金属/陶瓷间的结合主要表现为机械结合。其中,在不锈钢复合管中除有更强的机械锚固效应外,还兼以由Ti元素扩散而形成的溶解和浸润结合迹象。各复合管经使用后,碳钢、耐热钢复合管界面仍表现为机械结合,而在不锈钢复合管中,钢基中Ti元素和煤粉中C元素在界面区富集,陶瓷/金属间过渡区加宽,且陶瓷一侧组织中出现TiC新相,使其结合方式逐渐向扩散结合过渡,并呈现部分反应结合迹象。      

TiB2-TiC复合粉的自蔓延高温还原合成

热分析结果表明,对于B₂O₃-TiO₂-Mg-C体系,可利用SHS还原技术合成出TiB₂-TiC陶瓷复合粉。其化学反应机理为:Mg先还原B₂O₃和TiO₂,新生的Ti与B和C反应生成TiB₂和TiC; TiO₂的还原经历了TiO₂→TiO→Ti的逐步过程。采用一定的酸洗工艺得到了纯净的TiB₂-TiC陶瓷复合粉。复合粉中包含六方片状TiB₂和圆球状TiC;复合粉中1μm以下颗粒质量百分数超过45%,87%以上的颗粒大小在3μm以下。在TiB₂-TiC中,TiC_<em>y以一种贫碳结构存在,物料中Ti被B或C结合形成TiB₂和TiC_<em>y,y的值为0.7483。     

Microstructures and Mechanical Properties of TiC_P/Al-4.5Cu-0.8Mg Composites by Direct Reaction Synthesis

Direct reaction synthesis (DRS), based on the principle of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), is anew method for preparing particulate metal matrix composites. TiCp/Al-4.5Cu-0.8Mg composites were fabricatedby DRS. Particulate composites were fabricated with Ti carbide (TiC) particles, generally less than 1.0 μm. Thereacted, thermal extruded samples exhibit a homogeneous distribution of fine TiC particles in Al-4.5Cu-0.8Mg matrix.Mechanical property evaluation of the composites has revealed a very high tensile strength relative to the matrixalloy.Fractographic analysis indicates ductile failure.     

Microstructural evolution of reinforcements in the remelting in situ TiC/Al-12Si composites treated by ultrasonic vibration

Clusters of reinforced particles and long rod-like Al₃Ti particles are usually present in the matrix of in situ TiC/Al alloy composites fabricated via SHS reaction of the Al-Ti-C system in the molten aluminum alloys. In order to improve the properties of the composites, the above issues should be solved effectively. In our research, high-intensity ultrasonic vibration was introduced into the remelting TiC/Al-12Si composites containing clusters of TiC particles and long rod-like Al₃Ti phase to optimize the microstructure of the composites. The results of SEM showed that long rod-like Al₃Ti particles were turned into small blocky ones and large clusters were broken up into small ones. In the meantime, individual TiC particles could be peeled off from the clusters and distributed uniformly in the matrix. An in situ TiC/Al-12Si composite with a homogeneous microstructure was attained successfully. The evolution of the morphology of Al₃Ti phase and the clusters in the ultrasonic field was also discussed.     

SHS/QC法制备TiC/Al2O3复合陶瓷的显微组织研究

通过自蔓延高温合成结合快速加压法（ＳＨＳ／ＱＣ）制备了ＴｉＣ／Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷。研究了在不同预热温度、不同稀释剂加入条件下制备的ＴｉＣ／Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷的 相、组织特征。结果表明,随着预热温度的升高,燃烧由不稳定的螺旋燃烧向稳定的平面燃烧过渡,材料易于压实成型且反应充分,但生成的材料组织粗大。反之,生成的ＴｉＣ、Ａｌ２Ｏ３颗粒细小,但加压成型时易出现裂纹。试验测定了该体系的燃烧特性参数,并对反     

Microstructures and Mechanical Properties of TiCp／A1-4.5Cu-0.8Mg Composites by Direct Reaction Synthesis

Direct reaction synthesis (DRS), based on the principle of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), is a new method for preparing particulate metal matrix composites. TiCp/Al-4.5Cu-0.8Mg composites were fabricated by DRS. Particulate composites were fabricated with Ti carbide (TiC) particles, generally less than 1.0μm. The reacted, thermal extruded samples exhibit a homogeneous distribution of fine TiC particles in Al-4.5Cu-0.8Mg matrix.Mechanical property evaluation of the composites has revealed a very high tensile strength relative to the matrixalloy. Fractographic analysis indicates ductile failure.