石墨烯纳米片增强纯钛基体复合材料的制备及界面分析

运用真空热压烧结法制备石墨烯纳米片(GNP)增强纯钛轻质结构材料。采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等手段对制备得到的粉体和块状样品的微观组织结构进行了分析。对添加不同石墨烯纳米片含量的烧结样品进行了密度测试和拉伸测试。研究工作集中关注了GNPs在钛基体中的分散和GNP与钛基体的界面结合情况。结果表明,GNP与钛基体的界面分界清晰,形成Ti/TiC_x/GNP连续结构,界面处有少量TiC_x生成外,大部分GNP依然以其纳米结构存在。     

(GNPs+B)/TC4复合材料组织和硬度研究

采用放电等离子烧结技术(SPS),制备石墨烯纳米片(GNPs)、硼粉(B)增强TC4钛基复合材料(TiMCs).利用扫描电镜、拉曼光谱对混合粉末以及烧结后材料的组织进行了研究.利用维氏硬度仪对复合材料进行硬度测试.结果表明:GNPs和B与基体原位反应生成TiC颗粒(TiCp)和TiB晶须(TiBw)构成的非连续网状结构...     

放电等离子烧结钛基磷酸三钙陶瓷复合材料的力学性能与生物活性

采用放电等离子烧结法制备钛基磷酸三钙(Ti/α-TCP)复合材料,利用扫描电镜(SEM),能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对该材料的组织结构与界面反应进行观察与分析,并测试其抗压强度与生物活性,研究烧结温度与钛含量对Ti/TCP复合材料组织与性能的影响。结果表明:烧结温度在900℃以上时,Ti与α-TCP界面发生反应;增加钛含量有利于提高复合材料的强度。在Ti/α-TCP混合粉末中添加钛网作为骨架时,界面反应更复杂,并且温度越高,反应产物越多,当烧结温度达到1 100℃时,生成Ti的氧化物以及TixPy和CaTiO_3。在900℃烧结的70Ti/α-TCP/钛网复合材料抗压强度最高,达到590 MPa,浸入模拟体液中14天后表面形成一层厚厚的磷灰石,该材料作为骨植入替换材料具有很大的应用价值。     

氧化石墨烯二氧化钛复合材料的制备与表征

以氧化石墨烯和工业钛液为原料,采用水热合成方法制备了氧化石墨烯二氧化钛复合材料。复合材料的外观形貌用扫描电镜(SEM)进行分析。材料基团结构用红外光谱(IR)和X射线衍射(XRD)进行分析。光催化性能用紫外可见光谱(UV-vis)仪进行分析。结果发现氧化石墨烯加入使二氧化钛形态由球粒状变化为片层结构基础上带孔洞结构的球状颗粒。XRD分析表明氧化石墨烯加入有利于锐钛型二氧化钛生成。在一定范围内,随氧化石墨烯用量的增加,复合材料的光催化性能提升,表明氧化石墨烯的加入有利于光吸收。     

原位合成钛基复合材料的最新进展

原位合成钛基复合材料以其高比强、高比模量引起了人们的广泛关注,尤其是如何提高其高温性能成为近年来钛基复合材料研究的热点.本文综合评述了原位合成钛基复合材料的最新进展,包括各种制备方法、增强体与钛基体的选择、各种增强体的反应体系以及原位合成钛基复合材料显微组织与力学性能,指出了原位合成钛基复合材料今后的发展方向.     

高导热鳞片石墨/2024Al组织与性能研究

以2024铝合金为基体、平均粒径100μm的高导热鳞片石墨为增强体,并对鳞片石墨表面镀钛,通过放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS),制备石墨体积分数为60%的高导热鳞片石墨/2024Al复合材料。烧结温度是540℃,烧结压力是50 MPa,烧结时间5 min。通过金相显微镜(OM)、 X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对未镀钛和镀钛鳞片石墨/2024Al复合材料的显微组织和成分进行了分析和表征,结果显示,复合材料中都没有有害相Al_4C_3的生成,镀钛鳞片石墨/2024Al复合材料具有更好的界面结合。测试其热导率、热膨胀系数以及抗弯强度,未镀钛和镀钛鳞片石墨/2024Al复合材料在沿鳞片石墨片层方向的热导率分别为398和368 W·m~(-1)·K~(-1),变化不大;垂直于鳞片石墨片层方向的热导率分别为35和56 W·m~(-1)·K~(-1),有较大提高。镀钛后,复合材料的热膨胀系数降低,抗弯强度为96 MPa,和未镀钛鳞片石墨/2024Al的抗弯强度37 MPa相比,有较大提高。对鳞片石墨表面镀钛,能够改善碳与铝的界面结合,提高鳞片石墨/2024Al复合材料的热物理与力学性能。     

原位自生钛基复合材料的研究进展

原位自生钛基复合材料以其高比强度和高比模量引起了人们的广泛关注,尤其是如何提高其高温性能成为近年来钛基复合材料研究的热点.该文详细综述了原位自生钛基复合材料的各种制备方法、增强体与钛基体的选择、各种增强体的反应体系以及原位自生钛基复合材料的组织结构与力学性能,指出了原位自生钛基复合材料今后的发展方向.     

气固反应原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料

以氢化脱氢钛粉为原料, 经冷等静压成型, 在一定温度下通过CH4和钛粉颗粒间的气固反应在钛粉表面原位生成均匀的TiC颗粒, 采用真空烧结技术制备得到氧含量(体积分数)低于0.2%的TiC颗粒增强钛基复合材料。研究表明, TiC颗粒体积分数比可通过气固反应温度和时间控制, 可获得较高体积分数(> 30%)的TiC颗粒增强钛基复合材料。TiC首先在钛粉颗粒表面形成, 烧结过程中, 钛粉颗粒明显阻碍TiC晶粒长大, 细化TiC晶粒; 同时, 过多的TiC颗粒也阻碍烧结过程中钛的自扩散, 降低烧结相对密度。钛粉压坯在700℃、CH4气氛下发生气固反应(30 min), 再经1300℃烧结后获得的相对密度为98.6%的烧结试样, 试样的综合力学性能较好, 抗拉强度为606 MPa, 延伸率达14.4%, 硬度为HV 442。值得注意的是, 较短时间的气固反应不能够保证压坯内外整体实现原位生成均匀TiC颗粒, 导致烧结试样内外组织的不均性。     

钛纤维强化Ti－48Al－2Cr－2Nb合金复合材料性能与界面研究

用物理气相沉积法在钛纤维表面蒸镀一层厚约２．５μｍ的Ｙ２Ｏ３涂层，用真空热压工艺制备钛纤维强化Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｃｒ－２Ｎｂ钛铝化合物基复合材料。对该复合材料的力学性能、界面、组织进行了研究。结果表明：钛纤维强化Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｃｒ－２Ｎｂ合金复合材料的弯曲强度较基体Ｔｉ－４８Ａｌ－２Ｃｒ－２Ｎｂ合金提高了１５％，但弯曲挠度和弹性模量变化不大。靠近界面基体组织出现片层化倾向，纤维损耗严重，其界面反应厚度约２０μｍ。     

复合软质过渡层对钛纤维增强Ti—Al基复合材料性能的影响

研究了复合软质过渡层对钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料界面和性能的影响。结果表明，在增强体与基体间增加复合软质过渡层Ｙ２Ｏ３－Ｃｒ等的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料，其界面有Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ２Ａｌ、Ｔｉ２Ｃｕ及β相产生，界面结合完整。复合界面的弯曲强度达７０９ＭＰａ，较涂覆单一Ｙ２Ｏ３的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料提高２６％，弯曲挠度提高较小。增加复合软质过渡层有利于钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料     

RGO/Cu复合材料的制备和力学性能研究

通过硝酸铜、热甘氨酸和氧化石墨烯的一步热反应,成功合成了RGO/Cu复合粉末,对复合粉末进行放电等离子烧结制备RGO/Cu复合材料。结果表明,RGO片层中均匀分布着Cu纳米粒子,RGO/Cu复合粉中RGO与Cu通过氧协调C-O-Cu键产生强相互作用,近而增强RGO/Cu界面结合强度,并且在烧结RGO/Cu复合材料中得到保持。相对于纯Cu,0.6%RGO的RGO/Cu复合材料的屈服强度增加了75.8%,抗拉强度增加了47.7%,同时保持了良好的伸长率(29%)。     

界面掺杂石墨烯的Ti-ZrO_2双层复合材料制备及性能研究

通过界面掺杂石墨烯,采用1 200℃和10 MPa的真空热压烧结参数,制备出Ti-ZrO_2双层复合材料,使用拉伸强度表征界面结合强度,X射线衍射(XRD)分析界面物相,扫描电镜(SEM)分析界面元素分布,结果表明:石墨烯在界面上不能稳定存在,也没形成碳化钛,而是固溶到钛和氧化锆的晶格中,起到了阻碍钛和氧化锆相互扩散的作用,避免了TiO_2和ZrTiO_4的形成,界面呈扩散结合的状态,强度可达52.1 MPa±3.8 MPa。     

发动机用石墨烯表面镀Cu增强钛基复合材料的制备及力学性能

通过微波烧结法制备石墨烯(GNPs)表面镀Cu增强钛基(Ti6Al4V)复合材料,探讨石墨烯表面镀Cu后对钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功镀覆一层较均匀分布的Cu颗粒;石墨烯与基体Ti界面反应严重,容易生成粒径为2~5μm的TiC,石墨烯表面镀Cu后,界面反应产生的TiC含量更多,同时生成了Ti_2Cu相;相比于单纯外加石墨烯,石墨烯表面镀Cu后,提高了复合材料的力学性能,其相对密度、显微硬度、抗压强度分别达到95.48%、468 HV_(0.1)、1 406 MPa;室温磨损机制由基体(Ti6Al4V)的磨粒磨损转变为GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的黏着磨损。     

复合软质过渡层对钛纤维增强Ti－Al基复合材料性能的影响

研究了复合软质过渡层对钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料界面和性能的影响。结果表明，在增强体与基体间增加复合软质过渡层Ｙ２Ｏ３－Ｃｒ等的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料，其界面有Ｔｉ３Ａｌ、Ｔｉ２Ａｌ、Ｔｉ２Ｃｕ及β相产生，界面结合完整。复合界面的弯曲强度达７０９ＭＰａ，较涂覆单一Ｙ２Ｏ３的钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料提高２６％，弯曲挠度提高较小。增加复合软质过渡层有利于钛纤维增强Ｔｉ－Ａｌ基复合材料的强韧化     

热挤压石墨烯/Al基复合材料的组织及性能研究

随着科技的不断发展，为满足军工、航空航天、汽车、电子工业等对铝合金的性能提出的更高的性能、功能及结构等需求，Al基复合材料具有高比强度、高比刚度、低密度、低热膨胀系数、高耐磨性，由于其优异的力学性能及良好的可加工性成为该领域的关键新型材料。实验采用粉末冶金技术制备了石墨烯质量分数为1%的石墨烯/Al基复合材料，通过扫描电镜（SEM），高分辨透射电镜（HRTEM）和拉伸试验机表征了烧结态和挤压态石墨烯/Al基复合材料的微观组织，拉伸性能和断口形貌，系统性研究了热挤压前和热挤压后Al基复合材料中石墨烯纳米片的分布状态，进而探明了热挤压工艺对石墨烯/Al基复合材料组织和性能的影响。结果表明：挤压态石墨烯/Al基复合材料的组织均匀致密，缺陷和孔洞数量明显较烧结态大幅降低。超声分散和热挤压工艺有效抑制了石墨烯与Al基体的有害界面反应。挤压态石墨烯/Al基复合材料的抗拉强度和伸长率为161.34 MPa和23.57%，较烧结态（124.41 MPa, 20.78%）分别提高29.7%和13.5%。断口形貌显示烧结态石墨烯/Al基复合材料的断口韧窝小并且浅，撕裂棱光亮，而挤压态石墨烯/Al基复合材料...     

石墨烯增强钛基复合材料制备工艺与性能研究

以多层石墨烯为增强体,通过熔炼锻造(MF)和粉末冶金(PM) 2种工艺分别制备出规格为Φ10 mm的石墨烯增强钛基复合材料棒材。石墨烯在凝固过程中以TiC枝晶形态析出,变形后呈细小颗粒,其中Ti和C原子比约为2∶1。石墨烯和球形钛粉经过机械合金化和变形加工,在基体中反应形成薄片层。MF工艺对应的棒材拉伸强度可达476 MPa,延伸率保持在28%; PM工艺对应的棒材拉伸强度可达487 MPa,延伸率保持在30%。PM工艺可形成尺寸较小的薄片状石墨烯增强体,强化作用提升,同时塑性没有显著下降。     

铜与氧化石墨烯协同增强钛基复合材料显微组织及性能研究

通过放电等离子烧结(SPS)技术制备铜(Cu)和氧化石墨烯(GO)协同增强的钛基复合材料(GO/Cu/TA1),研究了氧化石墨烯和Cu元素对钛基复合材料组织、硬度及拉伸性能的影响。结果表明：GO/Cu/TA1复合材料晶内析出金属间化合物Ti₂Cu相,晶界处存在非连续分布的TiC颗粒。复合材料的抗拉强度和屈服强度较TA1纯钛分别提高了66%和82%,显微硬度提升了58.4%,且延伸率保持在15%左右。硬度及强度的提升归因于晶界处分布的TiC颗粒与晶内析出的金属间化合物Ti₂Cu相的协同强化作用。     

高能球磨-放电等离子烧结法制备双晶分布钛

以平均粒径约150μm的球形钛粉为原料,采用高能球磨结合放电等离子烧结技术制备由双尺度晶粒组成的高致密纯钛块体材料,研究高能球磨过程中钛粉的形貌、尺寸及显微组织的变化,分析球磨钛粉放电等离子烧结时的致密化行为和显微组织的演变规律,测试烧结钛块体材料的室温压缩性能。结果表明:钛粉在球磨初期发生剧烈的塑性变形并相互焊合,形成层片状团聚粉末。球磨10 h时,钛粉的部分晶粒细化至40~100 nm。放电等离子烧结过程中,随烧结温度升高和烧结时间延长,烧结钛的密度逐渐增大。在烧结温度为800℃、保温时间为4 min、烧结压力为50 MPa的条件下,烧结钛的密度达到4.489 g/cm3,接近全致密,其显微组织由双尺度的等轴晶组成,细晶区晶粒尺寸为1~2μm,粗晶区晶粒尺寸为5~20μm,二者呈层状交替分布;该试样在室温压缩条件下的综合力学性能与铸锻Ti-6Al-4V合金相当。     

TiC和TiB混杂增强钛基复合材料研究新进展

混杂增强是获得高性能复合材料的有效方法,它可以兼顾2种或多种增强体的特点,使之起到相互弥补的作用,特别是由于产生的混杂效应将明显提高或改善单一增强材料的某些性能,从而扩大材料设计的自由度。因此,对于TiB与TiC原位自生混杂增强钛基复合材料方面的研究将很有意义。本文从制备方法、界面与组织及性能方面对TiC和TiB混杂增强钛基复合材料进行了详细阐述。     

还原石墨烯改性二氧化钛/壳聚糖多孔复合材料的光催化性能

采用冷冻浇注法制备TiO_2/壳聚糖多孔复合材料,研究二氧化钛含量对该复合材料的微观结构、抗压强度及光催化性能的影响。结果表明:TiO_2/壳聚糖多孔复合材料具有明显的长程有序结构,片层状排列的平行度良好。随TiO_2含量(质量分数,下同)从66.7%增加到88.8%,片层中的孔间距从50~45μm逐渐减小到5~10μm,片层厚度从2~3μm增加到20~25μm,多孔片层的致密度增大,复合材料的抗压强度也从0.05 MPa提高到0.12 MPa。当壳聚糖含量为13.3%、二氧化钛含量为85.7%、还原石墨烯含量为1%时,通过添加还原石墨烯对二氧化钛进行改性,所得的TiO_2/壳聚糖多孔复合材料在300 min时对甲基橙的光降解率由92.4%提高到97.0%。