Ti3AlC2陶瓷材料研究进展

综合阐述了合成Ti3AlC2新型陶瓷材料的研究现状.三元层状陶瓷材料Ti3AlC2具有金属和陶瓷的优点.应用SHS、HP、HIP和SPS等方法可以制得高纯度Ti3AlC2材料,然而自蔓延高温合成有着特殊的优点.本文从自蔓延高温合成方面介绍了新型陶瓷材料Ti3AlC2的研究进展.     

TiC对自蔓延高温合成Ti3AlC2相的影响

以Ti、Al和C粉末为原料的自蔓延高温合成试验研究结果表明:在n(Ti)∶n(Al)∶n(C)=2∶1∶1体系中,未添加TiC时,合成产物中有大量的杂相Ti2AlC生成;当添加≤22.5%(原子数分数)TiC时,合成产物中TiC的含量减少,Ti3AlC2的含量显著增多,Ti2AlC杂质相消失;添加＞22.5%(原子数分...     

层状可加工陶瓷Ti3SiC2自蔓延高温合成反应机理的研究

采用燃烧波淬熄法,以Ti粉、Si粉和C粉为原料研究了层状可加工陶瓷Ti3SiC2在自蔓延高温合成(SHS)中的反应机理.淬熄试样中保留未反应区、反应区和已反应区,用扫描电子显微镜观察燃烧反应中显微组织的转变过程,用能谱仪分析各微区的成分变化,并通过差热分析(DSC-TGA)和XRD分析考察了从600℃到1500℃ Ti-C-Si系统的反应合成过程和相形成规律.结果表明:层状可加工陶瓷Ti3SiC2自蔓延高温合成的机理为溶解-析出机制,Ti粉与Si粉的固态扩散导致低熔点Ti-Si溶液形成,Ti、Si、C粉粒逐渐向Ti-Si溶液中溶解,当溶液中的Ti、Si、C浓度饱和时,从中析出TiC、SiC颗粒,最后形成最终产物Ti3SiC2.     

Sn掺杂对SHS法制备三元金属陶瓷Ti3AlC2的影响

分别以3Ti/Al/2C/xSn粉末和2Ti/Al/C/0.9TiC/xSn(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)为原料自蔓延高温合成Ti3AlC2,利用XRD、SEM着重研究了Sn的添加量对产物中Ti3AlC2含量的影响,确定出当产物中Ti3AlC2含量最高时的x值;研究结果表明:添加适量的Sn可消除产物中的Ti2AlC,明显促进Ti3AlC2的合成,并且当x=0.3时,产物中的Ti3AlC2含量最高,比未添加Sn时的含量增加近20％,但Sn的含量继续增加时,Ti3AlC2的含量陡然下降,产物中随之出现大量的Sn,TiC的含量也明显增多;并分析了Sn对合成产物物相组成的影响.     

无压合成制备高纯度Ti3AlC2粉末材料

以TiC粉、Ti粉、Al粉、C粉和Sn粉为原料,通过无压合成工艺,合成了高纯Ti3 AlC2粉末材料.研究了不同原料组成和不同合成温度(1 300～1 500℃)保温30 min产物的物相组成.最终得出结论,在1 500℃保温30 min后可以得到高纯度的Ti3 AlC2材料,Ti3 AlC2含量高于97%.     

Ti_3AlC_2自蔓延高温合成中组织分析

用燃烧波淬熄法及借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)研究了Ti3AlC2自蔓延高温合成(SHS)中的显微组织变化,淬熄试样保留了未反应区、预热区、燃烧波前沿、反应区、产物区。试验结果表明,Ti3AlC2自蔓延高温合成机理为溶解-析出-熔化-包晶机制:一方面,Ti和C向Al熔液中溶解,最终导致Al3Ti析出;另一方面,随着C向Ti中扩散,最终导致TiC从Ti-Al-C熔体析出;当温度超过Al3Ti的熔点后,Al3Ti熔化,促使Al3Ti和TiC发生包晶反应生成Ti3AlC2。最终的产物中除了大量的Ti3AlC2外还存在少量Al3Ti和Ti,这与试验使用了较粗的Ti粉有关。     

自蔓延高温合成Ti—Ni合金

研究了热爆法和预热燃烧法合成 Ti-Ni 合金的自蔓延高温合成工艺。试验结果表明:低加热速度也能实现 Ti-Ni 的热爆合成;预热温度对燃烧法反应影响很大。探讨了 TiNi、Ti_2Ni、TiNi_3的形成温度,提出了燃烧合成 TiNi 的反应过程模型。大量液相的出现对燃烧反应合成 Ti-Ni 至关重要。     

自蔓延高温合成新工艺

本文试图研究自蔓延高温合成（ＳＨＳ）过程及查明ＳＨＳ过程的优点和特性。     

微波诱发自蔓延高温反应合成Ti_2SnC材料

以Ti,Sn和C粉末为原料,通过微波诱发SHS反应制备Ti_2SnC材料。研究结果表明,采用活性炭为C源,会发生自蔓延高温反应,反应后得到Ti_2SnC为主相的材料,同时含有一定量的TiO2,Sn,TiC和Ti6Sn5相。样品的表面由大量钛锡氧化物的柱状和针状晶粒构成。柱状晶粒长约12~18μm,宽度约为1~4μm。针状晶粒长约1~4μm,宽度约为0.2μm。试样的内部主要为颗粒状钛锡化合物与碳化钛晶粒,以及片状Ti_2SnC晶粒。采用碳黑为C源,更易于促进Ti_2SnC材料的合成。     

自蔓延高温合成法制备WC—Al2O3得合陶瓷材料的研究

研究了ＷＣ－Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷材料的自蔓延高温合成过程中，稀释剂含量、反应和类型、金属还原剂粒度，以及碳的配比含量对燃烧反应的速率、温度和燃烧含成物相组成的影响。结果表明，采用自蔓延高温合成技术制备ＣＷ－Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷材料时，气相产物的生成及挥发是影响反应参数和合成物相组成的重要因素。通过改变反应物的配比含量，可以有效地调整合成产物中ＣＷ，Ｗ２Ｃ以及Ｗ的相对含量。     

Ti3AlC2陶瓷材料制备工艺研究进展

综合阐述了合成Ti3AlC2新型陶瓷材料的几种主要的制备方法.由于三元层状陶瓷材料Ti3AlC2具有特殊的结构特征,因此它同时具备金属和陶瓷的双重优点.从粉体材料和块体材料两方面,分别介绍了Ti3AlC2的几种主要的制备方法,有自蔓延高温合成(SHS)、无压合成(PLS)、机械合金化(MA)或机械诱发自蔓延反应合成(MSR)、放电等离子烧结(SPS)、热压烧结(HP)以及热等静压(HIP)烧结.     

大尺寸Ti3AlC2陶瓷的制备及耐磨性研究

采用燃烧合成结合准热等静压技术(SHS/PHIP)制备了大尺寸Ti3AlC2陶瓷材料(φ240 mm×40mm),利用销-盘式摩擦磨损试验机,研究了不同滑动速度下Ti3AlC2的摩擦磨损性能.结合XRD分析、SEM观察和EDS能谱分析,讨论了Ti3AlC2在不同条件下的摩擦磨损机理.结果表明:载荷分别为30N、50N和70N时,随滑动速度的增大,Ti3AlC2的摩擦因数和磨损率均呈现降低趋势,在载荷70N、滑动速度4.8 m/s时,摩擦因数和磨损率分别为0.24和2×10-6 mm3/N·m;材料磨损以磨损表面磨粒磨损和氧化膜的轻微划痕磨损为主.     

金刚石含量与粒度对自蔓延高温烧结钛铝碳结合剂/金刚石复合材料组织与形貌的影响

采用Ti、Al、石墨和金刚石粉体为原料,通过自蔓延高温烧结制备Ti2AlC结合剂/金刚石复合材料,研究金刚石含量和粒度对该复合材料的物相组成与显微形貌的影响。结果表明,原料粉末发生自蔓延反应,可生成Ti2AlC基体相,同时亦生成TiC和Al_3Ti相。金刚石粒度较细(W5)时,金刚石表面C元素充分地与Ti反应生成TiC,同时基体主相变成TiC和Al,没有Ti_2AlC形成。当金刚石粒度较粗(30/40目)时,基体的主相为Ti_2AlC;金刚石与基体结合紧密。当添加金刚石粒度为120/140目时,基体的主相为Ti_2AlC和TiC。当采用170/200目金刚石为原料时,研究金刚石含量对复合材料基体组成与显微组织的影响时,发现原料中添加10%与20%的金刚石后得到的样品基体的主相为Ti_2AlC、TiC和Al3Ti相与金刚石;金刚石表面均包覆着良好的TiC与Ti_2AlC组织。但是当金刚石含量增加至30%时,基体的主相为TiC,同时含有少量的Ti_2AlC、Ti和Al_3Ti等相;金刚石表面受到一定程度的侵蚀,被一些TiC晶粒所包裹。提出一个Ti-Al-石墨-金刚石体系的自蔓延反应机制,即Ti和Al首先发生化学反应,生成Al_3Ti并放出大量的热,然后,原料中的石墨与金刚石表面转变的石墨都与Ti反应形成TiC,TiC与周围的Ti-Al相不断反应形成Ti2AlC。最后,基体主相为Ti_2AlC,金刚石表面亦形成Ti2AlC。     

Fabrication and Mechanical Properties of Sm2O3 Doped CeO2 Reinforced Ti3AlC2 Nano Composite

The fabrication process of Sm2O3 doped CeO2 reinforced Ti3AlC2 nano composites including the nano particle dispersion process by a hetero-coagulation process was developed using in-situ synthesis and densification process of Ti3AlC2. The effects of Sm2O2 doped CeO2 nano particles on mechanical properties of Ti3AlC2 were investigated. It was found that the presence of 20SDC nano particles in Ti3AlC2 was very effective to improve the mechanical properties of Ti3AlC2 without spoiling the unique characteristics of Ti3AlC2temary carbide.     

Al含量对燃烧合成Ti_3AlC_2的影响

以Ti、Al和C为原料,研究了Ti∶C＝2∶1(摩尔比)时,不同Al含量(27%、33%、38%)对燃烧合成Ti3AlC2的影响.结合热力学原理和Ti-Al-C相图讨论了Al含量对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理.结果表明,Al含量对燃烧合成Ti3AlC2的影响较大,产物中的主相都是Ti3AlC2,但杂相不同,即Al含量较低时杂相为TiC;Al含量较高时杂相为Al3Ti,当Al含量为33%时合成的Ti3AlC2的纯度最高.     

燃烧反应合成钒铝碳材料

以V、Al和C粉末为原料,采用燃烧反应合成技术制备V2AlC材料,比较了2种燃烧合成方式,即热爆合成与自蔓延高温合成工艺对反应合成V2AlC的影响。对V-Al-C体系进行热力学分析,利用X射线衍射和扫描电镜对合成产物进行物相组成和产物形貌分析,探讨反应合成V2AlC材料的反应机制。研究结果表明,2V/Al/C粉体热爆合成产物的主相为V2AlC和少量的VCx和AlV3。2V/Al/C的热爆产物中V2AlC晶粒呈板条状形貌,长度约为10μm。原料中添加过量的Al,可消除AlV3副产物,并可显著促进V2AlC的合成,但不会形成单相V2AlC。添加适量的Sn可促进单相V2AlC的合成。2V/Al/C粉体自蔓延高温合成的产物的主相为V2AlC,少量为VC0.75。原料中添加过量的Al,可促进V2AlC单相反应合成。2V-Al-C体系的绝热燃烧温度达2 767 K。并提出反应合成V2AlC的反应机制,即VC与V-Al液相反应合成板条状晶粒的V2AlC材料。     

纳米/微米Al2O3-ZrO2内衬复相陶瓷的自蔓延高温合成

采用SHS重力分离技术制备出内衬Al2O3-ZrO2复相陶瓷.复相陶瓷基体主要由纤维状(Al2O3+ZrO2)共晶体组成,其中共晶体的ZrO2纤维直径达到纳米/微米尺度.经Vickers压痕法测试其断裂韧度为15.96MPa·m1/2,SEM观察和陶瓷材料断裂韧度测试得出裂纹的扩展主要受共晶体中Al2O3-ZrO2纳米/微米相增韧机制控制,迫使裂纹沿共晶体边界或层片共晶体Al2O3-ZrO2相界偏转,从而维持了该复相陶瓷较高的断裂韧度.