反应热压制备TiC/Al复合材料的形成途径研究

利用场激发反应热压合成技术研究了Al-Ti-C混合粉末体系制备TiC/Al产物的过程与致密性,并结合DSC实验分析了该体系合成TiC相的形成途径。结果表明,采用反应热压合成法完全能够制备较致密的TiC/Al复合材料。该体系形成TiC相的反应过程为:Ti(s)+3Al(s)=TiAl3(s)→Al(s)=Al(l)→Ti(s)+3Al(l)=TiAl3(s)→TiAl3(s)=TiAl3(l)→TiAl3(l)+C(s)=TiC(s)+Al(l)。混合粉末中的Al不仅作为稀释剂降低体系的反应温度而细化TiC晶粒,还作为反应剂参与了整个反应进程。     

热压亚微米Al2O3＋TiC陶瓷复合材料的反应

用X－射线衍射仪（XRD）、示差扫描量热法（DSC）和示差热分析法（DTA）研究了3TiO3 3C 4Al→3TiC 2Al2O3的燃烧反应。这个放热燃烧反应是在大约1000℃时进行。在直接燃烧热压时液态Al和TiO2（或石墨）固体颗粒之间的低润湿性会产生一种不希望的不均匀的显微结构。在目前的研究工作中,3TiO2 3C 4Al→非晶体相（还没证实）＋Ti,（2）热压反应,非晶体相（还没证实）＋Ti→3TiC＋2Al2O3。在热压反应中约1000℃时,也可观察到突然收缩,因为在热压反应过程中,无液态的出现,就能生产出具有亚微米蛳粒和均匀显微结构的高性能的Al2O3 TiC陶瓷复合材料。     

自蔓延高温合成TiC/Al2O3复合材料的力学性能

首先以Ti粉、Al粉和石墨粉为原料,在氩气保护条件下,用自蔓延高温合成(SHS)方法制备了TiC/Al2O3复合材料粉体.在1600℃,氩气保护条件下热压烧结制成块体复合材料.研究了复合材料的烧结密度、强度、硬度、韧性等力学性能,并讨论了力学性能与微观结构之间的关系.     

原位反应法制备Al2O3-TiC/Al复合材料

通过向含Ti的Al-Si合金熔体中通入CO2气体制备Al2O3-TiC／Al复合材料的方法．研究了Al2O3-TiC／Al复合材料特性。用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对复合材料的组织进行了研究。研究表明，CO2与合金熔体中的Al、Ti原位反应生成Al2O3和TiC颗粒，Al2O3和TiC颗粒尺寸在0．2～1．0μm之间，均匀分布在基体中，反应生成的Al2O3和TiC颗粒数量与CO2的通入时间有关。     

Al2O3颗粒对LiTaO3烧结性的影响

采用氮气保护热压烧结工艺制备纯LiTaO3压电陶瓷和Al2O3/LiTaO3(简称ALT)陶瓷复合材料,Al2O3p的体积分数(%)分别为0,5,10,15,20.加入少量Al2O3p后,LiTaO3致密度显著提高,ALT陶瓷复合材料的致密度均在99.5%以上.反之,LiTaO3p的加入也能明显提高Al2O3的烧结致密度,而且能够显著降低Al2O3的烧结温度.XRD衍射结果表明,该复合材料中只有LiTaO3和Al2O3两相,无反应产物,说明经过1300℃热压烧结,Al2O3p和LiTaO3稳定共存,两者的化学相容性较好.SEM,TEM观察表明,Al2O3p弥散地分布于LiTaO3颗粒的晶界上,两者结合紧密,且材料内部不存在微裂纹,说明两者的热物理相容性也较好.在这个材料体系中,LiTaO3和Al2O3有很好的相容性.     

热压扩散法制备层压编织C_f/Al复合材料工艺研究

采用热压扩散法制备了层压编织Cf/Al复合材料。研究了热压温度、热压压力、热压时间等工艺参数对复合材料成形效果和致密度的影响,优化了成形工艺参数,并分析了最优工艺参数下复合材料的微观组织和界面反应。结果表明,热压温度对复合材料致密度影响最为显著。热压扩散法制备层压编织Cf/Al复合材料的最优工艺参数:热压温度为640℃、热压时间为50min、压力为15 MPa。该工艺参数下复合材料的致密度为98.5%,界面反应产物Al4C3含量约为3.6%,复合材料组织中碳纤维与铝基体结合良好,铝基体与碳纤维形成的界面为粗糙界面,界面处形成少量的杆状Al4C3。     

Fe3Al纳米粒子增强Al2O3陶瓷的制备及性能

用热压烧结法制备了纳米Fe3 Al粒子增强Al2 O3 基复合材料。研究了 14 5 0～ 16 0 0℃不同烧结温度下纳米Fe3 Al的加入量与材料的致密度、力学性能及显微结构的关系。结果表明 :纳米Fe3 Al的加入可使Al2 O3 晶粒的生长受到抑制 ,使复合材料的烧结温度提高。Fe3 Al/Al2 O3 纳米复合材料有良好的力学性能 ,其抗弯强度最高可达832MPa ,断裂韧性最高可达 7.96MPa·m1/ 2 。     

原位热压合成Ti3AlC2/Al2O3复合材料的研究

以Ti,Al,TiC,TiO2粉末为原料,采用原位热压合成法制备了Ti3AlC2/Al2O3复合材料。主要考察不同Al2O3含量对复合材料性能的影响。在1400℃,30MPa压力,保温2h条件下烧结制得致密的Ti3AlC2/Al2O3块体材料。采用XRD分析了不同Al2O3含量的复合材料的相组成。用SEM观察组织结构特征。测量了维氏硬度和电导率同Al2O3含量的关系曲线。研究结果表明,Al2O3的加入可大幅度提高复合材的硬度。Ti3AlC2/25%Al2O3的维氏硬度可达8.7GPa。虽然添加Al2O3后复合材料的电导率有所下降,但Al2O3对复合材料强度和硬度的增加有显著的贡献。Ti3Al2C2/Al2O3乃不失为一种性能良好的高温结材材料。     

热爆反应合成TiC／Al复合材料的试验研究

采用Al－Ti－C系热爆反应台成了TiC／Al复合材料、研究表明,在不同Al含量下,生成TiAl3和Al4C3的起爆温度不同;随着Al含量的增加和起爆温度下降,TiAl2和Al4C3出现的可能性增大,TiC颗粒的尺寸也变大。     

Mg对Al—Ti体系反应及产物形貌的影响

研究了Mg对Al-Ti体系反应、产物形貌和相对致密度的影响,并制备出Mg基复合材料.结果表明,Al-Ti体系的反应合成产物主要是Al3Ti.Mg的作用是降低了Al-Ti体系反应合成的起始温度,延迟了Al-Ti体系反应合成的起始时间;随着Mg含量的增加,Al-Ti体系产物的相对致密度不断提高,Mg的含量为75%时反应产物的相对致密度达到97.0%.Mg的存在使生成的Al3Ti颗粒细化,且颗粒圆整,分布均匀,采用Al-Ti体系原位反应生成的颗粒状Al3Ti增强Mg基复合材料,其颗粒尺寸为1～3 μm,相对均匀分布在Mg基体上.     

Nb-Cr掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料的组织与性能

采用原位热压工艺,在Ti-Al-TiO2-Nb2O5体系中加入Cr2O3原位合成Al2O3/TiAl复合材料.借助X射线衍射分析、SEM分析及力学性能分析,研究了Nb-Cr掺杂复合强化Al2O3/TiAl复合材料的反应过程、微观结构及力学性能.结果表明Nb-Cr掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料能够细化晶粒并通过微合金化增强增韧TiAl复合材料.     

Nb2O5对Al2O3／TiAl复合材料结构与性能的影响

利用Ti-Al-TiO2体系的放热反应,采用热压工艺原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.研究了Nb2O5加入量对复合材料结构与力学性能的影响.结果表明,相组成中有γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相.随Nb2O5加入量的增大,复合材料的密度、相对密度和硬度逐渐增大;抗弯强度和断裂韧度在加入量为6%时达到最大,分别为398.5 Mpa和6.99 Mpa·m1/2,此后随其含量增大而降低.组织分析表明,随Nb2O5加入量的增加,Al2O3粒子团聚度减弱,沿晶界弥散分布,双相γ+α2片层组织不断细化,结构更加均匀.Nb2O5对力学性能的影响主要表现在调节相含量和细化组织.     

铸铁表面原位合成TiC/Al3Ti复合材料

对Al-Ti-C体系进行热力学分析,在氩气保护下进行热爆反应试验.采用铸造反应合成技术在铸铁表面原位合成TiC/Al3Ti复合材料.研究热爆产物及表面复合材料的物相、组织和界面形貌,并对其形成机理进行探讨.结果表明:采用热爆工艺使Al-Ti-C体系发生反应,生成纯净的TiC/Al3Ti复合产物.在熔融铁液作用下,Al-Ti-C体系反应完全,制备出纯净的TiC颗粒增强金属间化合物基表面复合材料.表面复合材料组织致密,与铁基体界面为良好的冶金结合.当TiC含量较少时,颗粒呈条状;随着TiC含量的提高,颗粒尺寸逐渐减小,由长条状向粒状及细粒状转化.     

添加Al_2O_3对Ti_3SiC_2复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备Ti3SiC2-Al2O3复合材料,研究热压温度和Al2O3含量对Ti3SiC2-Al2O3复合材料相组成、力学性能及抗氧化性能的影响。结果表明:采用反应热压烧结,可以在1450℃烧结得到致密度高、性能良好的Ti3SiC2-Al2O3复合材料。添加Al2O3可以起到第二相增强的作用,从而提高材料的强度。随着添加量的增加,复合材料的力学性能先提高后降低,当Al2O3添加量为20%(质量分数)时断裂韧性达最大值(7.10 MPa-m1/2),当Al2O3添加量为30%时抗弯强度达最大值(512 MPa)。Al2O3在高温下与TiO2反应生成具有耐高温和高抗热震性能的Al2Ti O5,可以有效提高Ti3SiC2基复合材料高温抗氧化性能。     

复合SHS法制备自生TiC/Fe复合材料的组织

应用TiO2 Al C、Fe2O3 Al两个体系的复合自蔓延高温合成反应(SHS)法成功制备了TiC/Fe基复合材料.利用各种测试方法分析表明,该复合材料的铸态组织由α-Fe基体、弥散分布TiC、Fe3C和Al2O3颗粒组成,其中TiC颗粒体积分数较理论计算低.     

反应热压制备FeAl/TiC复合材料的研究

采用元素混合粉反应热压工艺制备了FeAl/TiC复合材料。研究了TiC含量、粘结相成分、以及反应热压工艺对致密化过程和力学性能的影响。结果表明,复合材料的密度随TiC含量的增加而减小,硬度和抗弯强度随TiC体积分数的增加而出现峰值,Al含量的增加有利于致密化,但因引入过多的氧化夹杂和热空位而导致力学性能的恶化。热压温度、压力等制度也对材料的制备和性能有一定影响。     

基体合金对连续Al2O3f/Al复合材料微观组织及拉伸强度的影响

选用Nextel610型Al2O3纤维作为增强体,采用真空气压浸渗法制备了纤维体积分数40%、基体合金分别为1A99、ZL210A、ZL301及7075合金的单向连续Al2O3f/Al复合材料,并用NaOH溶液萃取出Al2O3纤维,研究了基体合金对连续Al2O3f/Al复合材料的致密度、纤维损伤及拉伸强度的影响。结果表明：基体合金对连续Al2O3f/Al复合材料的致密度和微观组织有明显影响,其中连续Al2O3f/ZL301复合材料致密度最高为99.2%,组织缺陷最少;连续Al2O3f/1A99复合材料致密度最低为96.8%,这种差异是由于不同基体与纤维之间润湿性不同导致的。不同基体与纤维发生了不同程度的界面反应,最后表现为对纤维的损伤程度不同。连续Al2O3f/1A99、Al2O3f/ZL210A、Al2O3f/ZL301及Al2O3f/7075四种复合材料的拉伸强度分别为465MPa、479MPa、680MPa和389MPa,缺陷、纤维损伤和界面结合强度是影响连续Al2O3f/Al复合材料强度的主要因素。     

Nb2O5掺杂原位合成Al2O3/TiAl复合材料的组织与性能

以Ti、Al、TiO2和Nb2O5混合粉原位反应合成Al2O3/TiAl复合材料.借助差热分析探讨体系的反应过程,并对合成产物的微观结构和力学性能进行研究.结果表明:由于铝热反应释放了大量热量导致体系内温度较高,反应较早进行,利于实现低温致密化烧结.1200℃烧成后获得了γ ((α2/γ)双相组织.Nb2O5的加入细化了复相组织,提高了自生Al2O3颗粒的分散度及产物的致密度.加入适量Nn2O5后,复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性得到不同程度的提高;在Nb2O5掺杂量为6wt%时,硬度达到4.84GPa,抗弯强度为642MPa,断裂韧性达6.69 MPa·m1/2.复合材料的强化机制主要是由于Nb205的加入改善了复合材料的微观组织和使得Al2O3呈弥散分布.     

原位热压合成Ti3 AlC2 陶瓷

分别用3Ti-Al-2C和2TiC-Ti-Al粉用原位热压技术制备Ti3AlC2陶瓷.采用XRD、DTA、SEM等测试手段研究其物相组成、反应过程及显微结构.结果表明:1300 ℃下3Ti-Al-2C体系的合成产物为层状Ti3AlC2、TiC和Al2O3相,1500 ℃下2TiC-Ti-Al体系的合成产物基本为层状Ti3AlC2相,纯度较高.在Ti-Al-C体系中,首先发生Ti与C反应生成TiC,接着发生Ti与Al反应相继生成TiAl3和TiAl,随后发生TiAl和TiC反应生成Ti2AlC,最后Ti2AlC和TiC反应生成Ti3AlC2.同时,分析了TiC掺杂对TiC-Ti-Al体系原位合成Ti3AlC2的影响.     

La对原位合成TiC-Al_2O_3/Al复合材料组织与耐蚀性的影响

以TiO2,C和Al粉为原料,利用接触反应法原位合成10%TiC-Al2O3/Al基复合材料。采用SEM、XRD和电化学测试等研究稀土La对复合材料微观组织和耐蚀性的影响。结果表明,复合材料中La最佳添加量为0.2%,此时复合材料中生成的TiC和Al2O3颗粒数量增多,颗粒分布均匀,棒状A13Ti被钝化,复合材料组织相对较好,自腐蚀电流密度相对较小,为4.053×10-5A·cm-2,与未添加La复合材料相比降低81%,容抗弧半径相对较大,复合材料耐腐蚀性相对较好。