碳热还原法合成TiB2的反应传质机理

在XRD、SEM、能谱分析、TEM、TG-DSC等实验分析的基础上,对以TiO2、B2O3、C为原料,通过碳热还原法合成TiB2粉末的反应传质机理进行了研究,阐明碳热还原法合成TiB2的反应传质机理,建立碳热还原法合成TiB2的反应传质模型。研究表明:在碳热还原TiO2的过程中,由低温到高温,最稳定的还原产物分别是Ti4O7和Ti3O5,尤其当温度超过1300℃以后,Ti3O5为最稳定的还原产物。在碳热还原TiO2与B2O3合成TiB2的反应过程中,DDSC曲线上有几个明显的吸热峰,这分别对应于TiO2→Ti4O7→Ti3O5→TiB2的反应阶段。碳与氧化物颗粒之间是通过CO/CO2气体偶实现质量传递的。在反应体系中,B2O2(g)气相、Ti3O5(s)固相分别是形成TiB2的前驱体。     

XD合成Al_2O_3,TiB_2/Al复合材料的热力学分析

从热力学的角度讨论了原位反应生成Al2 O3 和TiB2 陶瓷粒子增强铝基复合材料的合成机理。结果表明 ,在Al TiO2 B体系中 ,以一定的加热速率加热至 10 73K左右时 ,Al与TiO2 之间首先发生铝热反应 ,反应产生出活性钛原子并形成Al Ti B反应系 ;AlB2 和Al3 Ti均系反应中间产物 ,AlB2 在 12 0 0K左右时分解为Al和B ,Al3 Ti被B还原 ,当B的加入量 (摩尔 )是TiO2 的两倍左右时 ,Al3 Ti基本消失 ,最终生成Al2 O3 和TiB2 陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。     

XD合成Al2O3,TiB2／Al复合材料的热力学分析

从热力学的角度讨论了原位反应生成Al2O3和TiB2陶瓷粒子增强铝基复合材料的合成机理。结果表明,在Al-TiO2-B体系中,以一定的加热速率加热至1073K左右时,Al与TiO2之间首先发生铝热反应,反应产生出活性钛原子并形成Al-Ti-B反应;AlB2和Al3Ti均系反应中间产物,Alb2在1200K左右时分解为Al和B2Al3Ti被B还原,当B的加入量（摩尔）是TiO2的两部左右时,Al3Ti基本消失,最终生成Al2O3和TiB2陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。     

反应热压(Al2O3+TiB2+Al3Ti)/Al复合材料的组织形成机制

采用B或B2O3、TiO2和Al粉反应热压制备了原位 (Al2O3 TiB2 Al3Ti)/Al复合材料,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了原位复合材料的显微组织.热压状态下,反应生成相Al3Ti呈大块不规则形状,尺寸约几十微米; Al2O3和TiB2为细小弥散质点,TEM分析发现TiB2颗粒呈六边形,而Al2O3颗粒呈等轴状.在以Al粉、TiO2粉和B粉为原料制备的复合材料中,除反应生成了大块的Al3Ti相外,还有细小针状Al3Ti相沉淀析出,且呈弥散分布.热挤压后大块的Al3Ti被破碎成细小弥散质点.Al2O3在TiO2和B2O3粉末表面生成; TiB2在B或B2O3粉表面形成,因而均呈弥散分布,且尺寸细小.自TiO2中还原出的Ti溶入液态Al中形成Al3Ti时,Ti可在液态Al中长距离扩散,因而Al3Ti呈大块不规则状.     

反应热压（A12O3＋TiB2＋A13Ti）／Al复合材料的组织形成机制

采用B或B2O3、TiO2和Al粉反应热压制备了原位(Al2O3 TiB2 Al3Ti)／Al复合材料，采用光学显徽镜、扫描电镜和透射电镜分析了原位复合材料的显微组织。热压状态下，反应生成相Al3Ti呈大块不规则形状，尺寸约几十微米；Al2O3和TiB2为细小弥散质点，TEM分析发现TiB2颗粒呈六边形，而Al2O3颗粒呈等轴状。在以Al粉、TiO2粉和B粉为原料制备的复合材料中，除反应生成了大块的Al3Ti相外，还有细小针状Al3Ti相沉淀析出，且呈弥散分布。热挤压后大块的Al3Ti被破碎成细小弥散质点。Al2O3在TiO2和B2O3粉末表面生成；TiB2在B或B2O3粉表面形成，因而均呈弥散分布，且尺寸细小。自TiO2中还原出的Ti溶入液态Al中形成A13Ti时，Ti可在液态Al中长距离扩散，因而Al3Ti呈大块不规则状。     

TiB2粉末的氧化行为研究

采用TG-DSC热分析仪,对TiB2粉末氧化进行了热重分析;采用等温氧化增重法,对TiB2粉末的氧化行为进行了研究,并对氧化产物进行了XRD分析和SEM分析.结果表明,TiB2粉末的氧化行为,在氧化温度低于1000℃时,其氧化增重与氧化时间之间符合抛物线规律,氧化机理为氧通过产物层的向内扩散为主要控制步骤;当氧化反应温度高于1000℃时,在氧化界面上的化学反应速度成为控制步骤.XRD和SEM分析表明,当氧化温度低于1200℃时,氧化产物相为TiO2(金红石)和B2O3(液相)当氧化温度高于1200℃时,由于B2O3液相转变为气相B2O3,氧化产物为TiO2(金红石).     

放电等离子合成Ti3AlC2-TiB2复合材料的相形成研究

采用放电等离子烧结工艺,以Ti,Al,B4C,TiC为原料制备Ti3AlC2／TiB2复合材料。通过X射线衍射分析了从600℃到1300℃Ti3AlC2／TiB2系统反应过程的相形成规律。用扫描电镜观察了不同温度下试样的显微组织演变。结果表明,在900℃之前,主要的反应是Ti和Al反应生成Ti—Al金属间化合物,900℃之后,Ti—Al金属间化合物与TiC逐渐生成Ti3AlC2和TiB2相,形成致密Ti3AlC2／TiB2复合材料。     

自反应喷射成形Ti（C,N）-TiB2复合陶瓷坯件的反应转化机理

以Ti-B4C-C为反应体系,利用自反应喷射成形技术制备了Ti(C,N)-TiB2复合陶瓷坯件.通过热力学分析,并结合水淬熄试验、DSC-TG、XRD及SEM等实验方法研究了喷射复合粉在自反应喷射成形过程中的反应转化机理.研究表明,复合粉在火焰场作用下温度迅速升高.温度升至536℃时表面部分的B4C开始被氧化:约882℃时,Ti由а相向β相转变,与此同时Ti的氧化与氮化反应也开始发生;至1085℃时,复合粉表面部分Ti的氧化与氮化及B4C的氧化基本完成.在1085℃之后,低熔点氧化产物B2O3的挥发及C的氧化损失令体系失重.1265℃时部分复合粉内部发生Ti、C间的固态扩散反应;1660℃时Ti开始熔化.复合粉内部因大量液相的出现.主反应开始剧烈发生,生成TiC与TiB2,其中前者与Ti的氮化产物TiN发生固溶反应生成稳定的TiC0.3N0.7固溶体.反应物不断消耗而产物相含量逐渐增多.C的氧化损失使复合粉内Ti部分过量,这部分Ti在喷射沉积过.程中由于与基体碰撞、变形、铺展后增大了与空气的接触面积而被氧化为TiO2,残留在喷射沉积坯件内.     

氧化铝真空碳热还原-氯化工艺中二氧化钛的行为分析

在不同温度下氧化铝真空碳热还原和氯化反应的过程中,利用XRD、SEM和EDS检测手段分析TiO2的行为。在制备材料时,Al2O3和C的摩尔比为1：4,并添加10%TiO2和过量的AlCl3。结果表明,TiO2从锐钛矿型转化为金红石型后与C反应生成TiC。在1763-1783K的温度区间,在残渣和冷凝物中没有发现Ti和Al的化合物。生成铝的纯度达到98.35%,且TiO2不参与氧化铝真空碳热还原和氯化过程。     

钛精矿碳热还原制备碳氮化钛的研究

以钛精矿和石墨为原料,在氮气气氛下通过碳热还原法制备出碳氮化钛(Ti CN)粉体。结合XRD、SEM、化学成分分析和TG-DSG综合热分析研究了配碳量及反应温度对钛精矿碳热还原进程的影响。研究结果表明,配碳量的增加影响逐级还原反应温度以及反应总失重,当配碳量达到23%时碳氮化钛产物中出现游离碳。钛精矿碳热还原过程中铁氧化物优先还原,钛氧化物经逐级还原形成Ti CN,还原顺序为Ti O2→Ti4O7→Ti3O5→Ti N→Ti(C,N,O)→Ti CN。得到的碳氮化钛粉体呈微米级不规则形状。     

原位生成NiAl/(TiB2+Al2O3)复合材料的组织与性能

采用原位反应法制备了NiAl／（TiB2＋Al2O3）复合材料,从反应放热角度分析了Ni-Al及Al-TiO2-B2O3的反应过程;对试样进行X射线衍射分析、扫捕电镜及能谱分析。结果表明：合成复合材料的物相包括NiAl、TiB2和Al2O3陶瓷相以及少量的Ni同溶体,没有发现Al、B2O3和TiO2;各相界面清洁,无污染。原位生成的TiB2和Al2O3陶瓷相,呈棒条状和颗粒状分布在NiAl基体上。显微硬度测试结果表明,陶瓷相的生成提高了NiAl基体的硬度,且随陶瓷体系含量的增加,硬度呈增加趋势。     

真空碳热还原法制备碳化钛粉末

采用XRD、SEM、XRF以及激光粒度分析仪等分析手段,研究真空条件下碳热还原TiO2制备的碳化钛粉末。热力学计算和实验结果表明：真空条件下容易获得碳化钛,且随温度逐渐升高得到的产物顺序为：Magneli相（Ti4O7）、Ti3O5、Ti2O3、TiCxO1-x和TiC。当物料配比为1：3.2-1：6时,在1550℃保温4h的条件下可获得单相TiC粉末;物料配比为1：4和1：5时,产物粉末为标准化学计量的TiC1.0粉末;物料配比为1：4时,得到的产物为单相低杂质超细碳化钛粉末（D50为3.04μm）、SEM观察表明在产物块体表面存在分布均匀、团聚小、结构疏松的结构。     

Al-TiO2-B系热扩散反应法合成铝基复合材料基体组织的细化机理

研究了Al-TiO2-B反应系热扩散反应（XD）法合成铝基复合材料基体组织的细化机理。实验结果表明，在Al-TiO2系中未加硼粉时，反应产物Al3Ti呈细长棒状，并可贯穿基体晶粒，Al2O3为细小颗粒偏聚于基体的晶界，铝基体晶粒粗大，当Al-TiO2系中加入硼粉后，棒状物Al3Ti减少，当B／TiO2摩尔比rB/TiO2为2时，Al3Ti基本消失，B与Al3Ti反应产生的TiB2成为铝基体结晶时的核心，基体晶粒细化，Al2O3呈均匀分布。     

碳热还原法制取铝硅合金的反应机理及其动力学

利用XRD、TG/DTA技术分别分析真空碳管炉内不同反应温度下的物相组成和碳热共还原Al2O3、SiO2的反应过程,并在此基础上探讨碳热还原法制取铝硅合金的反应机理.分别采用10、15、20和25 K/min升温速率的差热分析,研究动态氩气气氛中碳热法制取铝硅合金的反应动力学.结果表明:碳热还原反应过程可分为4个阶段,其中,以碳化物的生成与分解阶段为主.碳热还原反应的4种还原机理中,碳化物的生成与分解理论能较好地解释反应过程中出现的反应现象.各个吸热峰的表观活化能分别为848.9、945.4、569.7、325.7、431.9和723.1 kJ/mol,给出了各个吸热峰的动力学方程.同时,利用XRF和红外定硫定碳仪对碳管炉和电炉所得产物组成的定量分析,验证了动力学分析结果的可行性.     

Colloidal Alumina-bonded TiB_2 Coating on Cathode Carbon Blocks in Aluminum Cells

In order to solve the serious pollution of industrial altunintim electfolysis cell, the researchand development of the usage of inert anode andcathode has an importal significance. However, the lltilization of inert anode is not successful yet, the using of titanium diboride as a mixtUre of carbon for use as the ineft cathode prepared by coating TiB,-C mixtllfe for the electfolysis of altunina in Hall-Heroult cell is wellknownll--6]. With such a cathode, a large savingin the production cost …     

低温镁热还原TiO2制备金属钛粉的热力学研究

本文针对TiO₂镁热还原产品氧含量高的问题进行了热力学研究,计算了反应体系的吉布斯自由能和绝热温度,绘制了反应优势区图,结果表明当反应温度高于1681 K时TiO无法被镁还原。针对这一问题,提出添加稀释剂的思路以实现对还原过程温度的抑制,计算了不同NaCl、MgCl₂添加量和初始温度对反应绝热温度的影响,指出了钛氧化物充分还原的热力学条件。最后分别以NaCl和NaCl-MgCl₂共熔盐作为稀释剂进行了实验研究,实现了钛氧化物的充分还原。     

TiB2掺杂对316L不锈钢厚膜电阻抗氧化性能的影响

目的厚膜电阻在电热膜方面的应用越来越广,而对于多孔陶瓷基体表面的厚膜电阻抗氧化性能的研究尚不多见。方法通过恒温氧化实验研究了TiB_2掺杂对不锈钢厚膜电阻在400、500、600、700℃下抗氧化性能的影响,采用XRD、SEM和EDS等方法分析了未掺杂及TiB_2掺杂两种厚膜电阻的相组成和显微组织。结果两种厚膜电阻的氧化动力学曲线均符合类抛物线模型,即(Δw)n=kt。在400℃下,两种厚膜电阻的指数n均为4,掺杂TiB_2电阻膜的氧化速率常数K1为1955.8 g4/(m8·h),而未掺杂TiB_2电阻膜的氧化速率常数K2为4694.9 g4/(m8·h),这是由于掺杂TiB_2厚膜电阻的致密度较高,使得厚膜电阻的抗氧化性能得以提高。高于500℃时,两种厚膜电阻的指数n均为2,掺杂TiB_2厚膜电阻的氧化速率常数大于未掺杂厚膜电阻。这是由于TiB_2氧化致使膜层内部出现间隙,膜层内部氧化严重(氧化产物主要为TiO_2、B_2O_3、Fe_2O_3以及(Fe_(0.6)Cr_(0.4))_2O_3),厚膜电阻抗氧化性能降低。结论不锈钢厚膜电阻中掺杂TiB_2可在400℃下提高膜层的抗氧化性能,而在500℃以上的高温环境下却有损于膜层的抗氧化性能。     

Co-Al2O3金属陶瓷的制备与燃烧合成反应控制

应用燃烧合成法制备Co-Al2O3金属陶瓷,通过添加稀释剂Al2O3和反应性添加物TiO2控制燃烧合成反应,并探讨了其对金属陶瓷组织结构的影响。利用Al-Fe2O3助燃体系控制热爆反应的起始温度,使热爆反应在1050K左右进行,制备了Co-Al2O3金属陶瓷的中空件,并获得了金属相细小、均匀分布于陶瓷基体中的Co-Al2O3金属陶瓷。