熔渗烧结制备Ti_3SiC_2反应机理的研究

以Ti/Si/C粉末和Ti/Si/TiC粉末为原料,采用液态熔渗硅方法制备出纯度较高的Ti3SiC2材料,Ti3SiC2的相对质量分数分别达到91.2%和92.3%。研究表明,熔渗烧结制备Ti3SiC2的反应过程为:温度在1 300℃以上,且未发生熔渗时,试样中单质Ti的含量高于Si的含量,在Ti的富集区优先生成Ti5Si3,随着温度的升高,少部分Ti5Si3和β-Ti先熔合形成Ti-Si液相;在1 500℃时,随着液态Si的渗入及流动扩散,液态Si和剩余的Ti5Si3形成大量Ti-Si液相,将试样中的TiC包覆,通过液相反应生成大量的Ti3SiC2。     

TiC/Ti3SiC2复合材料的制备及其性能研究

以粉末Ti,Si,TiC和炭黑为原料,采用反应热压烧结法制备TiC/Ti3SiC2复合材料。借助XRD和SEM研究TiC含量对TiC/Ti3SiC2复合材料相组成、显微结构及力学特性的影响。结果表明:通过热压烧结可以得到致密度较高的TiC/Ti3SiC2复合材料;引入TiC可以促进Ti3SiC2的生成,当引入TiC的质量分数达30%,TiC/Ti3SiC2复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别为406.9 MPa,3.7 MPa.m1/2;复合材料中Ti3SiC2相以穿晶断裂为主,TiC晶粒易产生拔出。     

自蔓延高温合成高纯Ti_3AlC_2

以Ti、Al、C单质粉末为原料,通过高温自蔓延制备高纯的Ti3AlC2材料,研究钛碳比、铝含量及添加助剂Si对Ti3AlC2合成的影响,利用XRD和SEM研究该材料的物相组成和显微结构。结果表明:Si元素的加入显著促进了Ti3AlC2的合成;钛碳比及Al的相含量对Ti3AlC2的形成有很大影响,合适的钛碳比和适当过量的Al有利于提高粉体中Ti3AlC2的含量;通过K-值法估算Ti3AlC2的纯度,以3Ti/1.2Al/2C/0.3Si粉体为原料经高温自蔓延获得了质量分数达92.6%的Ti3AlC2粉体。     

燃烧合成多孔碳化硅陶瓷基复合材料

采用燃烧合成技术制备多孔碳化硅基复合材料。利用Si、C、Ti体系的放热反应得到SiC/TiC复相陶瓷,其中Ti+C含量要大于25％,否则燃烧反应无法完全进行。燃烧合成产物中含有α—SiC、β-SiC、TiC和少量Si。所研究体系的产物致密度为理论密度的45％～64％。对燃烧合成产物进行了XRD相分析和SEM断口形貌分析。     

一种Ti3AlC2陶瓷材料的制备方法研究

采用机械球磨和热处理方法制备Ti3Al粉体,并将Ti3Al和C反应烧结制备Ti3AlC2陶瓷材料。将Ti、Al的摩尔比为3∶1的混合粉末,球磨20 h后经750℃热处理40 min得到质量分数达到98.54%的Ti3Al金属间化合物;然后采用Ti3Al和C的摩尔比为1∶2为原料,进行反应烧结制备Ti3AlC2,在1 300℃保温60 min,可得到试样中Ti3AlC2的质量分数为96.4%。研究得出Ti3AlC2的合成路径即在反应过程中先生成Ti2AlC和TiC两相,然后二者反应合成Ti3AlC2相。     

Al2O3含量对Ti3SiC2/Al2O3复合材料抗氧化性能的影响

以Ti、Si、炭黑为原料,通过引入Al2O3,采用热压法制备了Ti3SiC2/Al2O3复合材料。通过X-射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析研究了Ti3SiC2/Al2O3复合材料的氧化行为。结果表明:添加Al2O3的试样抗氧化性优于纯Ti3SiC2试样,这是因为在1 300℃之前,形成α-Al2O3、TiO2和SiO2的混合层,且α-Al2O3集中到氧化层表面呈连续分布,形成致密氧化层。而在1 300℃之后试样表面则生成Al2TiO5抗氧化层。     

原料体系对Ti3SiC2合成过程中相组成和显微结构的影响

分别以粉末钛粉、硅粉、石墨和钛粉、碳化硅、石墨为原料,采用热压烧结法制备Ti3SiC2材料。借助XRD和SEM手段研究原料体系和烧结温度对试样相组成、致密化程度和显微结构的影响,并分析反应烧结机理。结果表明,随着温度的升高,钛粉-硅粉-石墨体系较钛粉-碳化硅-石墨体系合成出的块体材料纯度更高,且质量分数可以达到72.29%。     

Ti3SiC2/Al复合材料的制备及性能分析

采用放电等离子烧结(SPS)的方法在500、550℃和30 MPa的条件下,烧结制备以Ti3SiC2为增强相的Ti3SiC2/Al复合材料,研究增强相的体积分数(1%~10%)和烧结温度对复合材料的组织结构、密度、硬度和摩擦性能的影响。研究表明:Ti3SiC2能够有效增强Al,当烧结温度为550℃、Ti3SiC2体积分数为5%时,增强效果最佳,复合材料的相对密度和维氏硬度达到99.5%和29.8;摩擦因数随Ti3SiC2含量的增加呈先下降后上升的趋势;当Ti3SiC2体积分数为5%时磨损机理主要以磨粒磨损为主,摩擦因数达到最小值,约为0.3。     

熔渗法制备Ti_3SiC_2陶瓷中硅的熔渗时间研究

以Ti/TiC/Si粉末为原料,采用液态熔渗硅方法制备出高纯的Ti3SiC2材料,并且从理论上推导液态熔渗硅方法制备Ti3SiC2陶瓷材料时熔渗时间与预制骨架高度之间的关系式,并通过熔渗实验进一步验证该关系式的可靠性。研究表明,熔渗时间随熔渗高度与熔渗温度的改变而变化。在保证毛细管力的前提下,毛细管半径越大,熔渗速度越快,熔渗时间越短。     

引入Al组元对Ti3SiC2材料结构和性能的影响

向Ti3Si C2材料中引入Al、Al-Si合金粉,研究Al组元对Ti_3Si C_2材料致密度、力学性能、相组成及显微结构的影响。结果表明:引入适量的Al、Al-Si合金粉,能够促进Ti3Si C2材料的生成,可以得到纯度更高的Ti3Si C2材料,且引入Al-Si的效果较为明显;会生成Ti_3Si(1-x)AlxC_2,随着Al、Al-Si合金粉含量的增加,生成较多的Ti_3Si(1-x)AlxC_2,从而降低Ti3Si(Al)C_2材料的体积密度能生成固溶相,起到固溶强化的作用,可得到性能良好Ti3Si C材料,有助于提高Ti_3Si C材料的力学性能,当引入量为0.3Al-Si合金粉时,抗弯强度为352 MPa,断裂韧性为5.68 MPa·m1/2。     

PIRAC-SiCp/Fe界面化学稳定性

采用简化的PIRAC工艺对SiCp进行涂覆处理 ,并研究了该涂层对SiCp/Fe界面化学稳定性的影响。实验结果表明 ,该工艺可以在SiCp表面形成一层均匀、致密的涂层 ,它主要由Cr3Si、Cr7C3 和Cr2 3C6构成。3SiCp/Fe界面反应强烈 ,绝大多数的SiC被消耗掉 ,原位形成主要由Fe3Si构成的界面反应区 ,并在金属基体晶界形成片状珠光体团。而 3P -SiCp/Fe的界面反应很小 ,SiCp表面涂层保存完好 ,SiCp基本上未遭到破坏 ,并与基体紧密结合。涂层通过隔离Fe与SiC的接触 ,抑制P -SiCp/Fe界面反应 ,有助于提高其界面化学稳定性 ,改善界面结构     

SiC陶瓷无压烧结工艺探讨

系统研究了不同温度无压烧结条件下,添加质量分数为2％C及不同B元素量对SiC的致密机制、微观结构 及力学性能的影响。结果表明,添加质量分数为2.0％C+1.0％B的SiC经2 150℃×2h无压烧结后的力学性能为最 优,其抗弯强度达470MPa,断裂韧性达5.12MPa·m1/2。     

高防护系数SiC陶瓷制备技术研究

探讨酚醛树脂作为喷雾造粒的粘结剂和烧结的添加剂对制备无压烧结SiC陶瓷装甲的影响。理化分析结果和实弹测试结果表明,酚醛树脂在烧结过程中起到提供C源的和粘结剂的双重作用。采用该工艺制备的SiC陶瓷平均抗弯强度为460MPa,平均断裂韧性为4.8MPa·m1/2,抗底推式模拟穿甲弹最高防护系数达5.6。这表明将性能优异的无压烧结SiC陶瓷装甲应用于武器装备将是今后军工材料重点研究和发展的方向。     

碳涂层对SiC纤维增强钛基复合材料界面显微结构及性能的影响

研究涂碳的SiC(C)/Ti-6Al-4V和无涂碳的SiC/Ti-6Al-4V材料的界面结构以及结合强度。结果表明:碳涂层阻止了径向纤维间的相互作用,该涂层界面反应物只是TiC,这些产物包含邻近碳涂层生成的细小晶粒和邻近金属基体生成的粗大晶粒;在无涂碳界面上,相邻纤维一侧产生的是TiC薄层,毗邻金属基体产生的是TiC和Ti5Si3晶粒组成的厚混合物,晶粒的大小从纤维到基体逐渐增大。涂炭和无涂碳复合材料的界面结合强度分别是(118.2±4.24),(230±6.28)MPa,证明碳涂层在纤维和基体之间提供了一个弱结合界面。涂碳纤维复合材料的界面结合发生在涂碳层和反应层之间,而无涂碳发生在纤维和反应层之间。