(Ti,Ta,W)(C,N)粉末制备研究

通过碳热还原法采用不同的原料及工艺参数制备了(Ti,Ta,W)(C,N)粉末,研究了其相成分和其N含量的影响因素。发现以TiO2、Ta2O5、WC和C为原料通过适当的成分配比和工艺参数,可以制备出单相的(Ti,Ta,W)(C,N)固溶体粉末;(Ti,W,Ta)(C1-xNx)粉末的N含量即x值随着配碳率的增加而降低,随碳化温度升高、碳化时间延长、N2流量增大均提高。     

碳热还原法制备碳氮化钛粉末

本文在热力学分析的基础上,采用纳米碳黑和TiO2为原料,在石墨碳管炉中用碳热还原氮化法制备出了纳米晶碳氮化钛粉末。通过热重分析、X射线衍射分析、化学成分分析、扫描电镜形貌分析等手段研究了不同工艺参数对Ti(C,N)粉末制备过程的影响。结果表明,随着反应温度的升高,产物Ti(C1-x,Nx)粉末的x值随之减小,随着保温时间的增大,x值随之增大;配碳量的增大有利于得到低x值的Ti(C1-x,Nx)粉末,但同时也出现了游离碳的增多;配碳量为28%(质量分数,下同)的混合物在加热到1700℃,保温3h条件下,得到了游离碳含量<0.2%、氧含量<0.5%、总碳为12.65%,平均粒径约为0.5μm,晶粒大小为52.6nm的Ti(C,N)粉末。     

碳热还原-化合反应制备超细TiCN粉末工艺与特性表征研究

以TiO2和制粒碳为原料,采用搅拌球磨-碳氮化工艺,在N2气氛中,通过碳热原位还原-化合反应,制备Ti(C1-x,Nx)粉末。研究了3种反应温度(1 600、1 700℃和1 800℃)和4组原料粉末摩尔比(n(C)/n(Ti)=2.3、2.4、2.5和2.6)对Ti(C1-x,Nx)粉末的物相、化学成分和粒度的影响。结果表明,在实验条件下制备的粉末均为单一物相成分;随反应温度升高和n(C)/n(Ti)增大,Ti(C1-x,Nx)粉末的x值随之降低;1 600℃条件下,当n(C)/n(Ti)为2.4时,合成的Ti(C1-x,Nx)粉末近似化学式为Ti(C0.41,N0.59),O和Cf含量均为0.25%,平均粒径约为0.7μm;1 700℃条件下,当n(C)/n(Ti)为2.6时,合成的Ti(C1-x,Nx)粉末近似化学式分别为Ti(C0.59,N0.41),O和Cf含量分别为0.13%和0.31%,平均粒径约为0.8μm。在此工艺条件下,制备的粉末各项综合性能指标相对较好。     

(Ti,W,Ta)(C,N)_p/Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与性能

采用自制的多元复式碳氮化物陶瓷粉末 ((Ti,W,Ta) (C,N) p)制备 (Ti,W,Ta) (C,N) p/Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了 (Ti,W,Ta) (C,N) p 粉末的组织结构特征及其加入对金属陶瓷的组织及性能的影响。结果表明 ,多元复式碳氮化物粉末的晶格常数与元素的固溶度有很好的对应关系 ,调整粉末中元素的固溶度可控制粉末的晶格常数 ,进而控制材料的性能。 Ti(C,N)基金属陶瓷中 (Ti,W,Ta) (C,N) p 粉末的加入 ,有利于重金属元素 W和 Ta向粘结相中扩散 ,从而降低了硬质相在粘结相中的溶解度 ,阻碍了晶粒长大。(Ti,W,Ta) (C,N) p/Ti(C,N)基金属陶瓷各项性能指标优于 Ti(C,N)基金属陶瓷和国外对应的金属陶瓷牌号 CT5 2 5的产品。强化机制主要表现为细晶强化与固溶强化。     

Rietveld辅助晶格常数法表征Ti(C,N)多相成分

目前用来控制Ti(C,N)粉末质量的检测手段主要为化学分析方法，偏重于C、N、O等元素的控制。本文建立Rietveld辅助晶格常数法，通过相结构来鉴别Ti(C,N)固溶相粉末的成分差异。结果表明：新方法的模型构建与前提假设是可行的，但对于高角度分峰不明显的谱图，需要从逻辑层面上如拟合参数、工艺条件或物理意义等对拟合结果的合理性进行判定，才能避免多解，确定唯一解；模型构建得到的Ti(C,N)相结构存在多组解的情况下，不影响理论C、N含量的推导计算。     

(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷复合材料制备及性能研究

采用高温碳管炉制备了平均粒度约为1.2μm的(Ti,La)(C,N)复式碳氮化物粉末,并将其应用于(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的制备。研究稀土La元素的固溶含量对(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷的组织结构和性能的影响,同时对比了La_2 O_3的直接加入对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和性能的影响。通过X衍射和扫描电镜对两组金属陶瓷进行研究分析,结果表明:La含量相同时,相比于直接添加La_2 O_3的Ti(C,N)基金属陶瓷,(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷各项性能指标均有提高,其抗弯强度提高了约20%,硬度也稍有提升,且当(Ti,La)(C,N)中La元素固溶0.25%时,物理和力学性能最佳;(Ti,La)(C,N)基金属陶瓷强化机制主要表现为固溶强化。     

碳含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

通过真空烧结方法制备了4种碳含量的Ti(C,N)基金属陶瓷,通过X射线衍射分析仪、扫描电镜、万能力学试验机、维氏硬度测试仪等仪器检测Ti(C,N)基金属陶瓷试样的物相结构、微观组织、抗弯强度、硬度和断裂韧性,分析了碳含量和烧结工艺对Ti(C,N)基金属显微组织和力学性能的影响。结果表明,增加碳含量和提高烧结温度能促进烧结过程中的冶金反应,金属陶瓷显微组织中具有黑芯-灰环结构硬质相的黑芯部分体积分数减少,环形相体积分数增加,粘结相体积分数减少,显微组织均匀化。碳含量对横向抗弯强度(TRS)有显著影响;碳含量对硬度(HV)和断裂韧性(KIC)的影响较小,随碳含量上升,均略有增加。在1 440~1 500℃范围烧结,金属陶瓷的TRS保持在相近的水平值;随烧结温度升高,硬度HV下降;高温1 520℃烧结,能显著提升Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性KIC,提高裂纹扩展阻力。     

碳氮比对Ti(C,N)粉末抗氧化性的影响

本文对不同碳氮比Ti(C,N)固溶体粉末分别进行了等温氧化和非等温氧化,通过TG-DSC热分析、氧化动力学分析和物相分析,研究了碳氮原子比对Ti(C,N)粉末氧化行为的影响。Ti(C,N)粉末在O2气流中从室温加热至1 000~1 200℃的非等温氧化,以及在650℃的静置空气中的等温氧化。结果表明,Ti(C,N)粉末在非等温氧化过程中,氧化过程可分为2个阶段或3个阶段,第1氧化阶段氧化脱氮占主导地位,第2氧化阶段氧化脱碳占主导地位,Ti(C0.5,N0.5)粉末表现出最优的抗氧化性能。在650℃的等温氧化中,Ti(C,N)粉末氧化遵循随机形核动力学模型,Ti(C0.7,N0.3)具有最小的一阶速率常数,表现出最优的抗氧化性能。初始氧化固体产物为锐钛矿结构TiO2,随氧化时间延长,逐渐向金红石结构TiO2转变。     

纳米TiN复合Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相演变

本文采用XRD与SEM对纳米复合Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相演变进行了研究,结果发现:对于缺碳体系,Mo在800℃即可以夺取TiC中的C,生成Mo2C;1 000℃时开始生成Ni2(Mo,W,Ti)4C相,其含量在1 250℃时达到最大,随着温度的进一步升高而部分分解并进入Ti(C,N)晶格,生成非化学计量的(Ti,Mo,W)(C,N),导致Ti(C,N)的相对含量升高,晶格常数减少。纳米TiN与亚微米TiN相比并没有显示出更高的烧结活性。当添加适量的C时,纳米TiN复合的Ti(C,N)基金属陶瓷与同一体系的亚微米金属陶瓷烧结过程中的相变规律基本相同。     

Zr_(0.8)Ti_(0.2)(Ni_(0.6)Mn_(0.2)V_(0.2)Cr_(0.05))_x贮氢合金结构和电化学性能的研究

研究了Zr0.8Ti0.2(Ni0.6Mn0.2V0.2Cr0.05)x(x=1.8～2.4)贮氢合金中化学计量x对晶体结构和电化学性能的影响。结果表明:随着x值的增大,合金中C14相含量逐渐减少,C15相含量逐渐增加,C14和C15相的晶格常数均线性减小;随着x值的增大,合金电极的活化性能提高,高倍率放电性能和放电容量均先升高,至x=2.2时达到最大值(最大放电容量为370mAh/g);超化学计量合金电极的循环寿命随x值的增大而降低,但当x<2.2时,经充放电循环500次以后容量保持率仍在80%左右。当化学计量值x等于2.2时,合金电极的综合电化学性能最好。     

原始粉末粒度组合对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了TiC和TiN在不同粒度组合下,Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能。利用SEM、XRD等分析手段对所制备的金属陶瓷进行分析。结果表明,采用微米级TiC和纳米级TiN粒度组合得到的Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最好。其抗弯强度达到了1 052.8 MPa,断裂韧性达到了9.3 MPa·m1/2。     

陶瓷相原始粉末粒度对Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷试样和刀具。研究了陶瓷相粉末粒度对Ti（ C, N）基金属陶瓷显微组织、力学性能及其刀具耐磨损性能的影响。结果表明,超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷和纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷的硬质相均具有黑芯/灰壳和白芯/灰壳两种显微结构。超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷中白芯/灰壳结构硬质相晶粒较多,而纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷中硬质相晶粒主要为黑芯/灰壳结构。与超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷相比,纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷具有较高的抗弯强度和断裂韧度以及较低的硬度和孔隙度。纳米改性Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具具有较长的使用寿命,约为超细晶Ti（ C, N）基金属陶瓷刀具使用寿命的2．3倍。     

球磨工艺对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。重点研究了球磨工艺包括球料比、球磨转速以及球磨时间对Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能的影响。采用XRD、SEM等分析手段对制备的金属陶瓷进行了分析。研究结果表明:球磨时在球料比为7:1,抗弯强度最高;转速为400 r/min,抗弯强度为1176.4 MPa,断裂韧性12.0 MPa·m~(1/2);混料时间为24 h,抗弯强度和断裂韧性均最高,分别达到1169.2 MPa和10.5 MPa·m~(1/2)。     

渗硼对Ti(C,N)基金属陶瓷抗热震性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,并对其进行了固体渗硼。研究了渗硼后金属陶瓷的显微组织和力学性能以及渗硼对抗热震性能的影响。结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷的渗硼层由硼化物层、扩散层和基体区组成;渗硼使金属陶瓷的表面硬度提高,抗弯强度降低,使导致金属陶瓷热震残留强度急剧下降的临界热震温差降低约100℃;渗硼使Ti(C,N)基金属陶瓷热震后的残留强度降低,主要是分布不均和形状不规则的孔洞所致;当热震温差较小时,渗硼使金属陶瓷表面萌生热震裂纹的孕育期延长,从而推迟了主裂纹的形成;而热震温差较大时,经渗硼的金属陶瓷热震裂纹扩展较快,易形成龟裂。     

Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xTix（x=0,0.03,0.06,0.09）合金的微观组织与磁致伸缩性能

利用高真空非自耗电弧炉制备了Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95-xTi_x（x=0,0.03,0.06,0.09）合金,系统研究了不同Ti含量Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95-xTi_x合金的晶体结构、微观组织、磁致伸缩性能及它们之间的关系.结果表明:添加Ti后的Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95-xTi_x合金基体相仍为MgCu₂型Laves相结构,Ti取代了Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95合金中比其自身半径大的稀土原子Tb和Dy而使晶格常数减小.添加Ti后,初生相TiFe₂的形成使得凝固液体中富含R（R=Tb,Dy）从而抑制了有害相RFe₃的生成,Ti在基体相RFe₂中和富R相中都可溶解,分别形成了（R,Ti）Fe₂基体相和富（R,Ti）相.Ti的添加量对磁致伸缩性能的影响很大,当x=0.03时,Ti的添加使磁致伸缩性能较Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95母合金提高幅度最大,但当x=0.09时,由于顺磁相TiFe₂和富（R,Ti）相的析出对磁致伸缩性能不利,但相对于Tb_0.3Dy_0.7Fe_1.95母合金也有少量提高.     

基于机械合金化法制备（Ti，W）C—Ni金属陶瓷的组织与性能

以Ti、W、C的元素粉末为原料,通过机械合金化法制备了（Ti,W）C固溶体粉末,结果表明：目标成分为（Ti0.95,W0.05）C、（Ti0.9,W0.1）C和（Ti0.85,W0.15）C的混合粉末经高能球磨后有（Ti,W）C固溶体生成,目标成分为（Ti0.8,W0.2）C的混合粉末经球磨后没有反应发生,X射线衍射图仍然为各组分的单质峰。将经8h球磨得到的目标成分为（Ti0.95,W0.05）C和（Ti0.09,W0.1）C的固溶体粉末与20wt％的Ni粉进行混和,压制成型后在1450℃下烧结1h,得到的金属陶瓷的硬度和抗弯强度分别为88HRA,1636MPa和88．7HRA,1693MPa。两种成分的金属陶瓷的显微组织中均含有“白芯-灰环”结构、“黑芯-灰环”结构以及无芯-环结构的陶瓷晶粒。与钨含量较低的样品相比,钨含量较高的样品的晶粒尺寸以及“黑芯-灰环”结构中黑色芯相的尺寸较小,同时具有无芯结构和“白芯-灰环”结构的晶粒数目较多。     

Ni/Ti(C,N)包覆粉及其金属陶瓷的制备

采用非均相沉淀-热还原法制备Ni/Ti(C,N)包覆粉,并用该包覆粉经真空烧结制得金属陶瓷。利用扫描电镜、电子能谱、X-射线衍射等手段研究包覆粉的结构形貌及烧结后的微观组织与性能。结果表明:非均相沉淀过程中,非晶态的NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O在Ti(C,N)颗粒表面成核并生长;经热还原过程后,NiCO3·2Ni(OH)2·2H2O分解并完全还原成Ni,Ni的平均晶粒尺寸约为50nm;采用包覆粉为原料制备金属陶瓷,有效改善了硬质相和粘结相的分布均匀性,但包覆粉烧结过程中存在晶粒长大现象;金属陶瓷的相成分为纯净的Ti(C,N)与Ni两相;金属陶瓷的综合性能相对于传统工艺制得的金属陶瓷有一定提高。