多相材料的自蔓延高温合成和致密化

自蔓延高温合成技术(SHS)是制备材料的重要手段。但由于该过程中强烈的杂质释放及急剧的温度变化,合成产品多为疏松状态。要制备密实多相材料还必须与其他的致密化工艺相配合。本文介绍了常与之相配合的致密化工艺及所适应的多相材料,并报告了一些材料的某些力学性能。     

自蔓燃高温合成工艺参数对制备氮化硅粉体的影响

采用自蔓燃高温合成方法(SHS)合成氮化硅粉体,借助于XRD、SEM等检测方法,分析了自蔓燃高温合成氮化硅过程中氮气、温度、稀释剂与孔隙率等工艺参数对合成产物的影响。结果表明:只要最高燃烧温度不高于相应氮气压力下Si3N4的热分解温度,就可以用SHS方法合成Si3N4;氮气压力下硅粉的自蔓燃合成反应,必须要引入Si3N4稀释剂来控制反应温度,获得高α相Si3N4含量的粉体。压坯气孔率控制在30%～70%,否则反应不能进行。SHS法可以制备纯度很高的氮化硅粉体。     

燃烧合成氮化物陶瓷基复合材料

氮化物陶瓷是应用广泛的特种陶瓷，但传统的氮化物陶瓷烧结方法极为消耗能源、生产周期长、成本高。为降低成本、能耗，采用燃烧合成工艺制备氮化物陶瓷基复合材料，包括氮化钛和六方氮化硼，燃烧合成工艺利用单质元素与氮气反应合成氮化物。研究结果表明：压坏与80MPa N2反应燃烧合成TiN制件致密度约75％，压坯为添加了TiN稀释剂和适量氧化铝的钛粉，压坯孔隙率45％；燃烧合成纯BN制件致密度为68％，BN基制件致密度为78％，压坯为添加了h-BN稀释剂或SiO2添加剂的B粉压坯与80MPa N2反应合成，压坯孔隙率48％；在材料体系中，稀释剂起减小晶粒尺寸和降低燃烧温度的作用，而Al2O3和SiO3添加剂则起提高强度和相对密度的作用。     

自蔓延高温合成Al2O3-TiC/Fe-Al复合材料的研究

以天然钛铁矿为主要原料,采用SHS技术,通过铝热、碳热还原法合成了Al2O3-TiC/Fe-Al 金属间化合物/陶瓷基复合材料.研究了SHS合成过程中制坯压力、预热时间、稀释剂和碳源对SHS合成过程的影响.研究结果表明:制坯压力在40MPa时,燃烧温度与燃烧波速率出现最大值;随着预热时间的延长,燃烧温度和燃烧波速率都增加,产物中TiC和Al2O3晶体的晶格间距增大,合成更为完全,产物中只包含有TiC相、Al2O3相、Fe-Al相和α-Fe固溶相;稀释剂会降低燃烧温度和燃烧波速率,同时使产物的密度降低,且不利于合成产物的形成;与炭黑相比用石墨做碳源时,燃烧温度、燃烧波速率以及产物的密度都高,反映了碳源结构差异对燃烧合成的影响.     

SHS陶瓷内衬复合管合成及陶瓷致密化技术

本文通过比较离心SHS技术和重力分离SHS技术的合成工艺 ,从理论上阐述合成SHS陶瓷内衬复合管所涉及的燃烧合成、液相分离和陶瓷凝固三个重要过程 ,并着重探讨了SHS陶瓷内衬复合管技术研究领域中陶瓷致密化问题 ,提出了提高SHS陶瓷内衬复合管质量的有效途径     

SHS陶瓷内衬复合管合成及陶瓷致密化技术

本文通过比较离心SHS技术和重力分离SHS技术的合成工艺，从理论上阐述合成SHS陶瓷内衬复合管所涉及的燃烧合成、液相分离和陶瓷凝固三个重要过程，并着重探讨了SHS陶瓷内衬复合管技术研究领域中陶瓷致密化问题，提出了提高SHS陶瓷内衬复合管质量的有效途径。     

温压法制备铜铅轴承合金的研究

通过温压工艺制备了铜铅轴承合金材料，研究了温压成型温度和压力等因素对压坯致密化和烧结体性能的影响，结果表明，温压成形时可经典的压制议程来描述粉末体的压形规律，温压温度的选择对压坯及烧结体的性能都有明显的影响，在合适的工艺条件下，温压法较冷压烧结法可制得更高密度的铜铅轴承合金材料。     

温压法制备铜铅轴承合金的研究

通过温压工艺制备了铜铅轴承合金材料 ,研究了温压成形温度和压力等因素对压坯致密化和烧结体性能的影响。结果表明 ,温压成形时可用经典的压制方程来描述粉末体的压形规律。温压温度的选择对压坯及烧结体的性能都有明显的影响 ,在合适的工艺条件下 ,温压法较冷压烧结法可制得更高密度和性能的铜铅轴承合金材料。     

自蔓延冶金法制备TiB2、LaB6陶瓷微粉的研究

在分析和综述大量文献以及多年研究工作的基础上,针对硼化钛和六硼化镧在制备方面存在的问题,提出了自蔓延冶金制备陶瓷粉末的方法.首次系统地研究了自蔓延冶金法制备TiB2的各个环节(SHS、浸出和表征),获得了优质的TiB2微粉.TiB2微粉的平均粒径达0.41μm,比表面积5.685m2/g,晶格常数a＝3.033,c＝3.230.在粒径、比表面积和纯度等性能方面均优于文献报导值.粒度分析表明,通过改变初始条件(稀释剂MgO、TiB2,压坯压力),可以改变TiB2颗粒分布.考察了然烧模式和热爆模式两种自蔓延过程;分别研究了预热温度、压坯致密性(或孔隙度)和稀释剂对SHS燃烧波传播速度、燃烧温度的影响.并测量了热爆模式的起爆温度.建立了宏观分层的动态模型.利用SEM和微区分析技术对SHS产物形貌和显微结构进行了分析和研究.提出了TiB2微粒在氧化镁颗粒间隙和在氧化镁颗粒内部生长的两种机制,该机制能很好地解释粒度分布出现的不连续性.采用同样的方法成功地合成了LaB6微粉,为稀土硼化物的制备找到了一个简便易行的新方法.从热力学和动力学的不同的角度研究了TiO2+B2O3+Mg和La2O3-B2O3+Mg间的反应过程.并确定了相应反应的动力学参数.     

热复合磁脉冲粉末压坯致密度的试验研究

对加热Cu粉末进行磁脉冲致密试验研究,探索提高压坯致密度且不使粉末颗粒产生明显长大的致密方法.通过压坯平均致密度和微观金相形貌分析,揭示了加热温度、放电参数和粉末体高径比等工艺参数对Cu粉末热复合磁脉冲致密压坯致密度的影响规律.研究表明:压坯致密度不随温度升高而线性增加,200℃时的致密度最高;在给定放电能量和200℃下,压坯的致密度随电压和电容量增加而提高,随粉末质量增加而降低;3次放电显著改善压坯致密效果,致密度达98.75%,再增加次数的影响甚微.     

自蔓延高温燃烧合成MoSi2

以Mo粉和Si粉为原料,通过自蔓延高温燃烧合成(SHS)的方法成功地制备了MoSi2材料.研究了反应物原料粒度、反应物料坯相对密度、反应物预热温度、稀释剂加入量以及反应气氛对MoSi2燃烧合成的影响.并通过XRD和SEM对燃烧合成产物的物相组成和形貌进行了分析.     

SHS-离心法制备陶瓷复合管道热应力的有限元分析

模拟分析了SHS-离心法制备陶瓷复合管道在冷却凝固过程中的温度分布和变化,从而为工艺参数的选择和管道界面结构分析提供了基础.利用ANSYS软件的瞬态热分析功能和热-结构耦合功能,数值上模拟复合管道的残余热应力,分析SHS层厚度对陶瓷复合管道性能的影响.数值分析结果表明,合理调整SHS层的厚度,可使界面残余热应力变小,从而提高陶瓷复合管道的安全可靠性.     

燃烧合成（CS）过程的致密化研究

燃烧合成是合成材料的新技术，但是，燃烧合成的产品多呈疏松状态，不具有工业利用价值。要获得致密的合成材料必须和其它的致密化工艺相配合。归纳总结了燃烧合成的致密化过程的研究现状，并着重介绍了几种颇有价值的致密化技术。     

非化学计量碳化钛基金属陶瓷的自蔓延高温合成

研究了反应物起始条件对非化学计量碳化钛SHS过程燃烧动力学的影响。用燃烧波淬火法分析了燃烧产物组织形成过程,并计算了SHS过程的激活能。 研究SHS—准热等静压工艺表明,制备非化学计量碳化钛基金属陶瓷时,存在一有利于致密化的最佳施压滞后时间。增大外加压力有利于提高最终产物密度,直到压力大于160MPa后产物密度不再增大,施加压力的保持时间超过1.5min后,延长时间亦不能增加最终产物密度。 在C/Ti=0.42～0.50范围内,用SHS—准热等静压工艺制备了致密化的非化学计量碳化钛基金属陶瓷。金属陶瓷经800℃、0.5h处理后,其中的非化学计量碳化钛相发生有序化转变,金属陶瓷的抗弯强度增大。 根据材料设计知识,添加Ni、TaC、Mo有效地细化了金属陶瓷晶粒,提高了金属陶瓷性能。并且添加Mo使粘结相由α-Ti(hcp)转化为β-Ti(bcc),提高粘结相变形能力。在C/Ti=0.45时,同时添加7wt％的Mo和4wt％TaC的复合作用使金属陶瓷抗弯强度达884.0MPa,硬度HRA87.3。 自蔓延高温合成的非化学计量碳化钛基金属陶瓷,具有较好的红硬性和优良的耐腐蚀性能。     

机械振动对SHS陶瓷内衬复合管显微结构和力学性能的影响

通过在重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管过程中施以不同振幅与振频的单自由度上下往复式机械振动 ,研究了机械振动对SHS铝热燃烧、陶瓷凝固及复合管组织性能的影响 .研究发现 ,机械振动并相应提高振频可以提高燃烧温度、燃烧速率和反应转化率 ,促进Al2 O3 Fe液相重力分离和陶瓷致密过程 ,并使陶瓷层的凝固组织发生改变 ;性能测试结果表明机械振动并相应提高振频可以提高复合管的各项力学性能指标和内衬陶瓷层的表面质量 .     

重力分离SHS内衬陶瓷涂层合成机理及添加剂行为

在采用SHS铝热 -重力分离技术制备陶瓷内衬复合管的基础上 ,研究了陶瓷涂层的合成机理及相应添加剂在合成过程中的行为 .研究得出 ,重力分离SHS合成过程经历燃烧合成、液相分离和陶瓷凝固三个基本过程 ,陶瓷层致密化贯穿于三个过程之中 ;SiO2 、CrO3 及NaF添加剂通过对三个过程的影响进而影响内衬陶瓷涂层与复合管的各项性能 .研究表明 ,在铝热剂为Al+Fe2 O3 +2 %SiO2 + 6%CrO3 + 1 %NaF条件下 ,内衬陶瓷涂层及复合管具有良好的综合性能 .     

自蔓延高温合成( SHS) 过程的热动力学研究

基于相关领域的研究成果, 在大量实验研究结果的基础上提出了一个无气燃烧的微观非均质的介质模型, 并讨论SHS 非平衡和多过程互反馈的基本燃烧动力学方程。采用数值分析的方法研究了Ti-C-Fe 体系的SHS 快速燃烧的热动力学过程, 合理地解释了实验中观测到的多种燃烧现象。研究结果表明: 压坯相对密度对燃烧特征存在着双重的影响, 压坯相对密度的增加有助于反应速度的加快, 但同时也导致热量传导的加快。因而对一定的体系而言, 压坯相对密度存在一个最佳取值范围。反应组分颗粒的增大会使体系反应速度减缓, 从而导致体系燃烧温度和速度降低, 与相关实验室结果基本一致。上述理论模型的建立为进一步深入研究SHS 过程的基本规律提供了基础。      

Cu—1C—1Cd粉末复合体致密化过程的研究

系统地研究了Ｃｕ－１Ｃ－１Ｃｄ粉末复合体制备过程中,原始粉末状态,压制压力,烧结温度等工艺参数对材料相对密度的影响。结果表明,原始粉末的差异对制备工艺的全过程均产生规律性的影响。压制压力对压坯密度的影响符合粉末冶金材料的一般压制规律,在烧过程中,镉和孔隙扩散对烧结密实化过程起着重要作用。     

EPDM/POSS复合材料的阻燃性能

以自行合成的无机-有机杂化材料——笼形八苯基硅倍半氧烷(OPS)与三元乙丙橡胶(EPDM)、硫化剂制成新型复合材料,测定了材料的力学性能和氧指数(LOI)、UL-94阻燃性能,并利用热重分析仪考察了材料的热稳定性,利用锥型量热仪测试了材料的热释放速率等多种燃烧参数。结果表明,OPS复合的EPDM与纯EPDM相比,氧指数有所提高,释热速率降低,热稳定性提高,力学性能得到明显的改善。20份OPS的加入可以使拉伸强度增加一倍,初始热分解温度提高19℃,氧指数提高18.5%,热释放速率降低18.3%。     

燃烧合成MgB2超导材料

采用自蔓延及热爆两种燃烧模式合成了较纯的MgB2金属间化合物。用XRD和SEM对Mg-B体系燃烧合成产物进行了研究,结果表明,压坯压力越大合成产物越致密,孔隙明显减少,产物更加均匀,但过大的压坯压力,降低了体系的燃烧温度,影响Mg、B间的反应程度;而对于细小的Mg粒,Mg-B间充分反应产生较高的燃烧温度,导致MgB2分解出现MgB4,影响合成产物纯度。