Ti_3AlC_2掺杂SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备Ti_3AlC_2陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti_3AlC_2(质量分数,下同,%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备Ti_2AlC/Ti Al基复合材料。借助XRD、SEM分析产物的相组成和微观结构,并测量其室温力学性能。结果表明:原位热压烧结产物由Ti_3AlC_2和TiC相组成,Ti_3AlC_2呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间;SPS法制备的Ti_2AlC/Ti Al基复合材料主要由Ti Al、Ti_3Al和Ti_2AlC相组成,Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,发挥了晶界/晶内内生型强化相的增强作用。力学性能测试表明:Ti_2AlC/Ti Al基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm~3、5.37 GPa、7.17 MPa·m~(1/2)和494.85 MPa,穿晶、沿晶及层状撕裂等混合断裂特征对改善性能发挥了重要作用。     

Ti_2AlC/TiAl基复合材料的制备及其力学性能北大核心CSCD

以Ti-Al-Ti_3AlC_2为反应体系,采用真空热压技术(1100℃×1 h)制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM等测试手段分析相组成以及微观结构,并测量其密度、维氏硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性等室温力学性能。结果表明,产物主要由TiAl、Ti_2AlC和Ti_3Al相组成。利用Ti_3AlC_2分解反应原位自生的Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,部分钉扎于晶内,且随着Ti_2AlC生成量的增大,团聚现象加剧。室温力学性能测试表明,Ti_2AlC/TiAl基复合材料的力学性能明显优于单相TiAl材料,当Ti_3AlC_2掺杂量为10 mass%时,综合性能较好,密度、硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性分别为3.97 g/cm^3、4.82 GPa、488.61 MPa、1340 MPa和5.68 MPa·m^(1/2)。断裂机制主要表现为沿晶断裂、穿晶断裂、裂纹偏转与桥联;颗粒相增韧、裂纹偏转与桥联以及层状增韧是主要的增韧方式。     

Ti_2AlC/TiAl基复合材料的制备及其力学性能

以Ti-Al-Ti_3AlC_2为反应体系,采用真空热压技术(1100℃×1 h)制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM等测试手段分析相组成以及微观结构,并测量其密度、维氏硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性等室温力学性能。结果表明,产物主要由TiAl、Ti_2AlC和Ti_3Al相组成。利用Ti_3AlC_2分解反应原位自生的Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,部分钉扎于晶内,且随着Ti_2AlC生成量的增大,团聚现象加剧。室温力学性能测试表明,Ti_2AlC/TiAl基复合材料的力学性能明显优于单相TiAl材料,当Ti_3AlC_2掺杂量为10 mass%时,综合性能较好,密度、硬度、抗弯强度、抗压强度和断裂韧性分别为3.97 g/cm~3、4.82 GPa、488.61 MPa、1340 MPa和5.68 MPa·m~(1/2)。断裂机制主要表现为沿晶断裂、穿晶断裂、裂纹偏转与桥联;颗粒相增韧、裂纹偏转与桥联以及层状增韧是主要的增韧方式。     

SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的力学性能

采用放电等离子技术(SPS),利用Ti-Al-Ti_3AlC_2体系的原位反应制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM和OM分析其组成及显微结构。结果表明,1100℃烧结后,Ti_3AlC_2全部转化为Ti_2AlC。产物由TiAl、Ti3Al和Ti_2AlC相组成。Ti_2AlC呈颗粒状分布于基体晶界处,部分钉扎于晶内。当Ti_3AlC_2掺杂量为10%时,综合力学性能最佳,维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别达到了4.9 GPa、7.41 MPa·m1/2和699.9 MPa,较TiAl合金有较大提升。     

原位合成Ti2AlC/TiAl复合材料的显微组织与性能

利用Al-Ti-C体系的放热反应,通过真空热压烧结,原位合成了Ti2AlC/TiAl复合材料.借助于XRD,SEM,OM分析及力学性能测试,分析了Ti2AlC/TiAl复合材料微观组织与性能的关系,探讨了Ti2AlC增强增韧TiAl金属间化合物的机制.结果表明,其增强相为Ti2AlC,并有微量的Ti3AlC生成,基体相为TiAl.Ti2AlC的生成,细化了晶粒,其层状结构阻止了裂纹扩展.力学性能测试表明,该材料抗弯强度可达743.84 MPa,断裂韧度可达9.17 MPa.m1/2.     

新型层状Ti_3AlC_2陶瓷的制备及性能研究

采用热压烧结工艺,以Ti、Al、C、TiC粉末为原料制备了高密度的Ti3AlC2块体材料.用Archimedes法测定不同成分条件下合成试样的密度,用X射线衍射分析仪及扫描电镜分析材料的相组成和形貌,用维氏硬度计测试材料的硬度.结果表明,以TiC代替全部C和部分Ti时,材料的力学性能有了明显改善.Ti3AlC2陶瓷的微观结构为片层状,层状晶粒长度约为20 μm,硬度为3～5.0 GPa,抗拉强度为454.7 MPa,断裂韧度为5.60 MPa·m1/2.     

热等静压原位生成Al_2O_3颗粒强化Ti_4AlN_3复合材料

利用Al_3Ti/Ti N纳米复合粉体在1280℃/150 MPa/1 h热等静压条件下,制备出Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料。利用XRD、SEM和TEM研究复合材料的形貌及成分。研究表明,复合材料主要由片层结构的Ti_4Al N_3基体和Al_2O_3颗粒增强相组成。Ti_4Al N_3基体的平均晶粒尺寸为7μm;Al_2O_3颗粒的弥散分布,形状不规则,粒度在1~3μm,体积分数约为27%。Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料的强化机制为细晶强化和第二相粒子强化。Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料与单相的Ti_4Al N_3材料相比,显微硬度从2.5GPa提高到6.7 GPa,室温下最大抗压缩强度从450 MPa提高到1 800 MPa,最大压缩应变由4%提高到6.2%。     

Ti_3Si_(0.6)Al_(0.6)C_(1.98)陶瓷的制备与性能研究

采用原位热压工艺制备了高纯Ti_3Si_0.6Al_0.6C_1.98陶瓷,并测试了性能.以单质的Ti、Si、Al和石墨粉为原料,摩尔比Ti:Si:Al:C=3:0.6:0.6:1.98,在1500 ℃,30 MPa压力下保温1 h,高纯Ar气保护,制备试样的主要物相为Ti_3Si_0.6Al_0.6C_1.98.制备的Ti_3Si_0.6Al_0.6C_1.98陶瓷的密度为(4.43±0.23) g/cm~3,电阻率为(0.31±0.01)μΩ·m,抗弯强度为(245.46±22.04) MPa,维氏硬度为(2.91±0.32) GPa, 断裂韧性为(5.63±0.39) MPa·m~(1/2).Ti_3Si_0.6Al_0.6C_1.98陶瓷中晶粒以板状晶为主,晶粒层状结构明显,断口形貌显示主要为穿晶断裂,晶粒的分层断裂、微裂纹的偏转桥接及滑移使材料具有独特的压痕特征.     

TiC/Ti3AlC/Ti3Al三相自生复合材料热应力分析

根据TiC/Ti3AlC/Ti3Al三相自生复合材料的结构,建立了热应力分析的4层嵌套模型,推导了热应力计算公式.并利用该模型计算了TiC/Ti3AlC/Ti3Al三相复合材料的热应力.计算结果表明各相及对应界面的法向应变和切向应变均较TiC/Ti3Al两相结构材料有所降低,这有利于防止材料发生界面脱粘损坏;在Ti3AlC界相中只产生较小的切向压应力,可大幅度降低Ti3Al基体相中的切向压应力,有利于防止Ti3Al基体发生拉裂破坏.对具有包覆结构的TiC/Ti3AlC/Ti3Al合金的显微力学性能进行了测试,Ti3AlC界相的存在,使增强体中心到基体的显微硬度和弹性模量呈梯度变化,有利于应力传递.     

半固态制备Ti_3SiC_2/Al-4Si复合材料的界面反应对组织及性能影响

以Ti_3SiC_2粉末为增强体,Al-4Si合金作为基体,通过半固态工艺制备了5%(质量分数)Ti_3SiC_2/Al-4Si复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等研究了半固态制备5%(质量分数)Ti_3SiC_2/Al-4Si复合材料的界面反应对其组织及性能的影响。结果表明,在半固态制备过程中Ti_3SiC_2与Al-4Si基体发生界面反应生成了Al_3Ti、TiC、Al_4C_3物相,Al_3Ti及TiC颗粒分布在晶界处;复合材料硬度约为46.8 HV0.3,相比Al-4Si基体合金硬度略微提高;与Al-4Si基体合金相比,界面反应产生的第二相颗粒显著改善复合材料的摩擦学性能,摩擦系数为0.263,磨损量为0.0069 g。     

燃烧合成Ti_3AlC_2及其热稳定性

采用燃烧合成技术,通过改变Ti、Al和C 3种粉末的比例制备出高纯度的Ti_3AlC_2块体材料,并对其在氩气中的高温热稳定性进行了研究.X射线衍射(XRD)表明合成产物除了含有Ti_3AlC_2外,还含有少量TiC和Ti-Al金属间化合物,经k值法计算得Ti_3AlC_2最高含量为96.7%.耦合等离子-原子发射光谱(ICP-AES)结果表明最高纯度的合成产物中Ti、Al质量分数分别为74.2%和13.7%,与Ti_3AlC_2中Ti和Al含量十分接近.利用SEM对燃烧产物断口进行了观察,发现明显的层片状结构.热重-差热(TG-DTA)结果表明燃烧合成的高纯Ti_3AlC_2在加热过程中没有明显的热效应,说明合成的产物处于近似平衡状态.Ti_3AlC_2的分解温度在1370 ℃左右,同时由于氧化作用而导致试样质量略有增加.     

Microstructure and microhardness of Ti3Al matrix composites produced by XD^TM synthesis

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ ,ｈｉｇｈｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｒｅｅｐｒｅ ｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｕｍｉｎｉｄｅｓｍ     

Formation of TiC/Ti2AlC and α2+γ in in-situ TiAl composites with different solidification paths

In order to improve the mechanical properties of TiAl alloys, TiAl composites with different solidification paths were synthesized by metallurgical method. Results show the TiC disappears and Ti₂AlC increases when the Al content is more than 42% (at.%, similarly hereinafter). Small TiC particles are located in Ti₂AlC grains with irregular shapes when the Al content is 40%, and they translate into clubbed Ti₂AlC with increasing of Al. This metallurgy method can solve the defects of the Al lacking and the residual TiC. The γ phase increases between lamellar colonies with the increasing of Al. When the Al content is 48%, the fully lamellar structure transforms into a duplex microstructure and there are small Ti₂AlC phases in γ phases, because the forming of Ti₂AlC phase must consume Al. The compressive strength increases up to 1678.68 MPa as Al content is 46 at.%, and then decrease to 1460.22 MPa, the compressive strain increases and then keeps stabilization with the increasing Al. The maximum strength improves 38.82% and the maximum strain improves 121.37%. The Ti₂AlC/TiAl composites fracture behaviors are load transferring behavior, crack deflection, trans-lamellar cracking and extraction of carbide reinforcements. The Ti₂AlC phase and the fully lamellar structure improve the mechanical properties.     

Ti3AlC2与Fe在高温下的反应行为（英文）

通过TG-DTA、XRD、SEM和EDS的分析,研究Ti3AlC2与Fe在高温下的互相反应。结果表明,当烧结温度在659.9℃以上时,Ti3AlC2与Fe主要以放热反应为主,当烧结温度为760~1045℃时,Ti3AlC2与Fe之间的反应较弱,并开始生成TiC0.625相;随着烧结温度升到1045℃时,Ti3AlC2的衍射峰逐渐消失,烧结产物的衍射峰只有TiC0.625和Fe(Al)固溶体;随着温度的进一步升高,烧结产物的衍射峰基本为TiC0.625和Fe(Al)固溶体不变。采用SEM和EDS分析可知,该反应主要发生了两个过程,其一,Ti3AlC2发生了分解,Ti3AlC2中的Al发生了析出,并固溶到基体的金属相中形成Fe(Al)固溶体,而Ti3AlC2中Ti和C则形成了TiC0.625陶瓷相。其二,Fe原子沿着Ti3AlC2分解形成的Al空位渗入到Ti3AlC2颗粒中,进而导致Ti3AlC2进一步分解成粒径更小颗粒。Ti3AlC2中Al的析出是导致Ti3AlC2在远低于其分解温度下就与Fe发生反应的主要因素。     

Ti2AlC陶瓷的电化学腐蚀性能研究

将原料粉体按TiC：Ti：Al：C=0．5：1．5：1：0．5的配比充分混合，在石墨模具中加压到30MPa，升温至1400℃保温2h后自然冷却到室温，得到高纯致密的Ti2AlC烧结体。用电化学方法测定了高纯Ti2AlC在不同腐蚀介质中的极化曲线。结果表明，Ti2AlC在HCl中的腐蚀电流密度最大，腐蚀严重；而在NaOH中自腐蚀电压最负，腐蚀趋势最大；除了在HCl中表现为活性溶解外，在其它的腐蚀介质中均出现钝化现象。     

TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响

以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，研究了添加金属间化合物TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响。实验结果表明，仅以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC化学计量比配料，燃烧产物主要物相是Ti2AlC和TiC，无Ti3AlC。但在保持原料配比不变的情况下，在反应物原料中添加金属间化合物TiAl3（0～23．5％，质量分数）后，可得到Ti3AlC相物质，其含量随TiAl3的增加而显著增多，成为燃烧产物的主要物相之一。从动力学和热力学角度探讨了TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响机理。     

放电等离子烧结热处理合成Ti_3SiC_2粉体

采用机械合金化合成TiC和Ti_3SiC_2混合粉体,用放电等离子烧结(SPS)系统对该粉体进行热处理,以合成高纯Ti_3SiC_2粉体.结果表明,采用SPS无压热处理可以促进机械合金化粉体在较低温度转变成高纯Ti_3SiC_2粉体材料.随热处理温度(700～1000℃)的升高,产物中Ti_3SiC_2的含量相应增加,当热处理温度为900 1000℃时,产物中Ti_3SiC_2纯度可达98wt%.     

Sn做助剂机械合金化+热处理制备Ti_3AlC_2

以3Ti/Al/2C/0.1Sn粉体为原料,进行机械合金化,并对粉体产物进行热处理,制备高含量Ti3AlC2材料,并分析了产物的微观形貌。机械合金化3Ti/Al/2C粉体,可合成TiC、Ti3AlC2和Ti2AlC混合粉体产物。添加适量Sn可消除产物中的Ti2AlC,明显促进Ti3AlC2合成。对粉体产物进行热处理,可以提高产物Ti3AlC2含量。热处理温度过低或过高都不利于Ti3AlC2含量的提高。随着热处理温度的提高,晶粒长大明显,烧结倾向加剧,研磨困难。在900℃可以获得质量分数为95.2%的Ti3AlC2。热处理产物颗粒比较细小,可做复合材料的原料。     

添加TiC对燃烧合成Ti2AlC粉体的影响

实验表明，以Ti,Al和碳黑单质粉末为反应物原料，按Ti2AlC化学计量比为原料摩尔配比，得到的燃烧产物主晶相为Ti3AlC2，而Ti2AlC的含量很少。当保持总原料各组分配比不变，加入TiC时，燃烧产物中的Ti2AlC相却变为主晶相，而Ti3AlC2和TiC相的含量急剧减少。燃烧产物Ti2AlC相的含量随添加的TiC质量分数（0－25％）的增加而增加。从动力学和热力学的角度探讨了TiC对燃烧合成Ti2AlC的影响机理。