纯钛粉放电等离子烧结致密化的动力学与组织演变行为

放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)具有快速致密化的显著特点,然而目前对SPS快速致密化的动力学行为缺少深入理解与认识。考虑到纯钛的优异性质及广泛应用,本文以纯钛粉为典型材料,在压强20 MPa、温度为600~875℃条件下,进行纯钛粉的SPS烧结,获得了其在不同温度下的致密化过程与时间的函数关系,揭示了其快速致密化的动力学行为。并深入探讨烧结温度对其微观组织、孔隙度及力学性能的影响。结果表明：在低温阶段(600~725℃),致密化指数为1.5,扩散与高温蠕变共同作用实现样品的致密化;在温度较高时(800~875℃)致密化指数为2,此时主要为高温蠕变导致的致密,随温度升高,样品的维氏硬度增加,且温度越高增加速率越快,样品的力学性能提高。     

熔盐电解制备细颗粒钛粉研究

在氯化物熔融盐中电解海绵钛制取细颗粒钛粉,研究了可溶钛浓度、阴极电流密度以及加料方式等因素对阴极产品颗粒形貌及粒度的影响,制备了平均粒度约为60～70μm的细颗粒钛粉。实验结果表明,电解初期形成块状结晶,电解后期为树枝状;可溶钛浓度对钛粉粒度影响显著;采用气相加料容易使钛在熔盐表层形成鳞片状结构。     

电解法制备高纯钛的研究

以海绵钛为可溶阳极,纯钛板为阴极,NaCl-KCl-TiClx混合熔盐作电解质,在900～980℃温度范围内进行熔盐电解,研究了加料温度、电解温度、可溶钛浓度以及阴极电流密度等因素对阴极产品杂质含量的影响。结果表明,在较高温度下加料并电解可获得杂质含量低的产品,通过控制可溶钛浓度和阴极电流密度可获得不同形貌和纯度的阴极产品。     

熔盐电解法制备高纯钛粉

以海绵钛作可溶阳极,纯钛板为阴极,NaCl-KCl-TiClx混合熔盐作电解质,在电解温度为900～980℃、阴极电流密度为0.1～0.6A/cm2、初始可溶钛浓度2%～8%的条件下,电解24h制备高纯钛粉,研究初始可溶钛浓度对钛粉中杂质元素含量的影响,以及电流密度和初始可溶钛浓度对电流效率及钛粉形貌的影响。结果表明,钛粉杂质含量完全达到高纯钛粉的标准,提高初始可溶钛浓度可降低杂质含量;在较高的阴极电流密度以及高的初始可溶钛浓度下电解效率较高;在阴极电流密度较高时钛粉为细小的树枝状晶体,而在阴极电流密度较低时得到较粗大均匀的结晶粉体。     

熔盐电解法制取金属钛用TiO2电极片

TiO2电极片的制备是熔盐电脱氧法制备金属钛的重要环节。本文采用单向模压工艺制备TiO2电极片,利用排水法、SEM、XRD等测试手段,研究成形压力、烧结温度、烧结时间、掺杂及造孔剂引入,对烧结后电极片的孔隙率、生坯密度、孔径大小、微观组织形貌和颗粒尺寸的影响。研究结果表明,TiO2中掺入5%碳粉,在30 MPa压力下成形,950℃烧结4 h制得的电极片具有合适的孔隙率、物相组成和微观结构,满足电解要求。     

海绵钛产业的发展战略

任何一个产业的形成都是特殊时代下产生的必然需求，任何一个产业走向繁荣都是一个国家经济发展所需的必然结果，任何一个产业出现的无序竞争导致的资源浪费都是一个国家在宏观调控中需要迫切解决的问题。目前，国内出现的海绵钛热若不加以宏观上的调控，届时，一场资源性耗损的无序开发和破坏将使我国的钛矿资源缩短使用寿命。尽管我国是钛矿资源大国，但资源只消耗不增长，若不科学开采、科学利用、科学发展，山穷水尽的绝境将会提前到来。     

熔盐预电解脱水与电解时间对溶盐电解TiO_2脱氧行为的影响

以无水氯化钙作为熔盐,采用熔盐电解法对TiO2阴极片进行脱氧,通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对TiO2电解产物的相组成、电极表面形貌与元素组成进行观察与分析,研究熔盐的预电解脱水与熔盐电解时间对TiO2电解脱氧行为的影响。结果表明,熔盐未经预电解时,TiO2阴极片不发生脱氧反应,电解产物只有CaTiO3相;熔盐经预电解脱水后,TiO2电解产物部分或全部为低价钛氧化物,预电解时间达到15h即可有效去除熔盐中的水分,从而获得较佳的熔盐电解脱氧效果,电解产物为氧含量较低的Ti2O。TiO2电解脱氧是分步进行的,随电解进行,先后出现Ti2O3、TiO、Ti2O,由于钛的化合价逐渐降低,所需分解压升高,导致脱氧效率逐渐降低。TiO2阴极的脱氧反应是由表面到心部进行,电解后的阴极片明显分层,表层为氧含量较低的Ti2O,中间层为CaTiO3和钛的低价氧化物,心部为CaTiO3。     

放电等离子烧结温度对纯钛相变致密化动力学与组织的影响

基于揭示金属钛α?β相变对放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)致密化动力学的影响行为,本文开展了不同烧结温度(700~1 000℃)下纯钛粉SPS实验,通过引入适用于SPS烧结金属的扩散模型,对致密度化动力学进行分析。结果表明,在烧结温度700和800℃等低于相变温度时,样品致密化速度较慢,保温初期,致密化机制以颗粒重排为主;保温后期,致密化机制以扩散为主。在烧结温度900和1 000℃时,由于β-钛相相对于α-钛相在扩散速度和塑性变形能力等方面均有所提高,因此致密化速度更快。900和1 000℃样品腐蚀后显示存在大量马氏体,900℃时样品晶粒未明显长大,而经1 000℃烧结的样品晶粒长大明显。     

钛工业：发展循环经济大有可为

海绵钛企业要认真处理“排泄物” 海绵钛生产技术含量较高，目前全世界只有中国、日本、美国等少数几个国家掌握海绵钛生产技术。2004年底全球海绵钛生产企业不到10家。海绵钛生产是一个完整的、复杂的“工艺链”，缺少任何一个环节都会降低资源的利用效率。