反应合成Ti3Al/TiC＋Al2O3复合材料烧结过程热力学分析

将高能球磨后的Ti-Al粉末和TiC,Al2O3粉末混合进行热压烧结,在烧结的过程中反应生成金属间化合物为增强相的复合材料.通过对粉料的X射线衍射分析、热分析（DSC）和烧结体的成分分析表明,最终的金属间化合物只有Ti3Al而没有其它金属间化合物相.通过热力学计算,分析了反应烧结过程并发现在低温由固相间原子扩散控制生成TiAl3,TiAl,Ti3Al的渐进过程,和在高温下金属间化合物的合成机理,而且增强相和基体界面间处于稳定状态.     

原位自生TiAl3增强Al基复合材料的组织结构及形成机理研究

采用冷喷涂技术沉积Ti-80Al（wt.%）复合涂层,通过热处理获得了原位自生TiAl3金属间化合物颗粒增强Al基复合材料涂层。采用SEM、EDS和XRD等分析了冷喷涂Ti/Al复合涂层在不同热处理温度下的组织结构演变规律及Ti、Al粒子间原位扩散反应过程,并对TiAl3金属间化合物的形成机理进行了探讨。结果表明,冷喷涂Ti/Al复合涂层组织致密,其相结构与喷涂粉末完全相同,450℃热处理后涂层局部区域发生Ti、Al间的固态扩散反应,并在Ti、Al粒子界面原位形成TiAl3金属间化合物,随着热处理温度升高,TiAl3金属间化合物的含量显著增加,600℃热处理后,Ti/Al复合涂层中的Ti粒子全部转变为TiAl3金属间化合物,获得原位自生TiAl3颗粒增强的Al基复合材料.     

热压烧结制备钛基合金TiAl+Ti及其显微结构

在1473 K,30 MPa,1.5 h的热压条件下直接烧结TiAl金属间化合物和Ti混合粉末,制备了钛基合金(TiAl+Ti)样品,采用XRD、SEM研究了2种不同成分配比对烧结产物相组成及显微结构的影响。结果表明,不同成分配比热压烧结体的显微组织分布相差较大,但相组成基本相同;对于TiAl和Ti体积比7:3的钛基合金样品,Ti粉末中Fe元素易于固溶到Ti_2Al和Ti_3Al中,析出相主要由TiAl、Ti_2Al(Fe)、Ti_3Al(Fe)和富Ti相组成;该比例的混合粉末在热压烧结过程中发生了不同程度的扩散反应,最终形成了组织渐变的Ti/Ti_3Al(Fe)//Ti_2Al(Fe)/TiAl显微结构。     

冷轧热处理钛-铝箔制备微叠层Ti-Al系金属间化合物板材

通过钛箔、铝箔叠加烧结制备出微叠层Ti-Al系金属间化合物合金板材。对不同烧结条件下获得的板材组织和相组成进行分析。结果表明,当烧结温度到达到Al的熔点以上时,高温自蔓延反应（SHS）在Ti箔和Al箔之间发生,生成α-Ti、Ti3Al、TiAl、TiAl2和TiAl3等相;随着烧结时间的延长,α-Ti、TiAl2和TiAl3逐渐消失,最终获得包含Ti3Al和TiAl的叠层结构板材。由于铝的熔化,柯肯达尔效应和反应前、后摩尔体积的变化在烧结过程中产生大量的孔洞,随后的热压处理将孔洞消除并获得致密的合金板材。     

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。     

高纯度Al3Ti粉末的制备及细化

以Ti、Al粉末为原料,对比研究了利用直接烧结法与球磨和烧结结合法制备较纯Al3Ti粉末的Ti、Al摩尔比和温度,并探讨了将该金属间化合物细化至纳米级粉末的可能性.结果表明,球磨和烧结结合法可降低Al3Ti的形成温度,得到更加细小的微米级别的Al3Ti粉末.球磨过程虽未直接形成AlsTi相,但粉料的细化和良好的结合、形核相的急剧细化、大量新鲜表面的存在、组元活性的增强等促使了反应温度和颗粒大小的降低.球磨烧结时Ti、Al的摩尔比为理论摩尔比1.0:3.0,大大小于直接烧结法所需的摩尔比1.0:2.5,且可避免直接烧结反应形成Al3Ti颗粒时内部有可能存在的"Ti核".利用机械球磨对Al3Ti相的细化表明,可利用常用的设备,在适当的气氛保护下就可制备得到纳米级的金属间化合物.     

钛铝硅铌系粉末的机械合金化及放电等离子烧结组织特征

研究了TiH2-45Al-0．2Si-5Nb和TiH2-45Al-0．2Si-7Nb 2种粉末的机械合金化过程及放电等离子烧结的微观组织结构特征。结果表明，球磨过程中，在粉末粒度减小的同时有TiAl，Ti3Al和Ti2Al金属间化合物产生。球磨30h时，混合粉末所获得的粒度最小。球磨后粉末采用放电等离子烧结，可在很短的时间内完成烧结过程，烧结组织由细小的球状TiAl和Ti3Al相组成，且随烧结时间增加微观组织晶粒更为细小。     

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。     

添加TiAl对燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

采用Ti，Al和C粉末为反应物原料，研究了添加金属间化合物TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响。从动力学和热力学的角度探讨了TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理。实验结果表明，仅以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC2化学计量比配料，燃烧产物的主要物相是TiC，只能得到少量Ti3AlC2相，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TiAl(20％-35％)(质量百分数)后，燃烧合成产物中Ti，AlC2的含量显著增加，成为燃烧产物的主要物相，而TiC的含量则显著减少。燃烧产物中Ti3AlC2的含量随添加TiAl量的增加而显著增多。     

Ti-Al-CuO体系热压反应合成TiAl基复合材料

以Ti粉和Al粉为原料,并添加不同含量CuO粉体进行掺杂,经真空热压烧结制得了TiAl基复合材料。结合热分析,X射线衍射分析及扫描电镜分析对该体系的反应合成过程及CuO添加量对产物微结构的影响进行研究。结果表明:Al熔化后分别对Ti、CuO颗粒润湿并发生反应,热压反应温度在800℃时,生成了Al3Ti中间产物。热压烧结温度达到1000℃时,合成了由TiAl,Al2O3,Al6.1Cu1.2Ti2.7三种物相组成的复合材料。其基体主要由TiAl和Al6.1Cu1.2Ti2.7两相组成,增强相Al2O3为Al-CuO置换反应生成,且其颗粒细小,主要分布在基体相周围。Al6.1Cu1.2Ti2.7、Al2O3相含量随原料中CuO添加量不同而呈规律性变化。     

TiAl/Al的连接及Ti/TiA/Al系梯度材料的制备

1473K,30MPa,1h的热压条件下烧结了Ti／Ti TiAl／TiAl粉体叠层材料,在烧结过程中,混合层Ti＋TiAl内部发生了剧烈的化学反应（Ti＋TiAl→AlTi2）,该反应波及到相邻的Ti层及TiAl层,因而形成了物相组成渐变的精细梯度结构：Ti／Ti＋AlTi2／AlTi2／AlTi2＋TiAl／TiAl．使用A176Si10Zn10Cu4质量分数,％）合金钎料在853K,20min的钎焊条件下将该材料的TiAl例与Al进行了连接界面的测试表明,钎焊过程中钎料中的元素Si向TiAl表面扩散,并有Ti-Si化合物生成对反应机理进行了探讨．最终获得的Ti／TiAl／Al系密度梯度材料不仅整体致密,而且其密度治厚度准连续变化     

Er掺杂强韧化Al_2O_3/TiAl复合材料

以Ti、Al、TiO2为起始原料,以Er2O3为掺杂剂,原位热压合成了Er掺杂Al2O3/TiAl复合材料。通过XRD、SEM分析及力学性能测试,研究了不同Er2O3引入量对合成Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响。结果表明:复合材料主要由TiAl、Ti3 Al、Al2 O3相和少量Al10 Er6 O24相组成,含Er相主要分布在基体相晶界处;掺杂0.01 mol Er2 O3制得的复合材料,经1250℃保温2 h真空热压烧结后表观断裂韧性达到最大值(10.41 MPa.m1/2),经1300℃保温2 h真空热压烧结后弯曲强度达到最大值(456.06 MPa);当Er2O3掺杂量增加到0.02 mol时,复合材料的弯曲强度和表观断裂韧性均呈减小趋势。微观结构分析表明,掺杂0.01 mol Er2O3的复合材料断口毛糙,颗粒尺寸变小,增强相分布较均匀,表明适量的Er2O3掺杂可细化复合材料晶粒尺寸,提高增强颗粒分布均匀度,起到增强增韧的效果。     

Fabrication of finegrained Al2O3 ceramic at low sintering temperature

A research on fabrication of finegrained Al2O3 ceramic at lower sintering temperature was carried out.Al2O3 powder with 50 nm in diameter is compounded with 11.24%Al and 4.75% Fe(mass fraction) by high-energy ball-milling. AI is got from Al powder which is a component of the materials being milled and Fe from steel milling balls and milling jar during the milling. In this way, nearly no impurity is brought into the composite powder during milling. With hot pressing of the composite powder and pure Al2O3 powder, it is proved that Al2O3 powder can be densified at lower sintering temperature when the powder is compounded in this way. Al2OC and AlFe form during sintering process of the composite powder. With the reactive sintering and multiphase sintering mechanisms, finegrained Al2O3 ceramic is fabricated at low sintering temperature.     

球磨与烧结对Al2Ti3V2ZrB/2024Al复合材料组织与硬度的影响

利用粉末冶金方法制备了Al2Ti3V2ZrB/2024Al复合材料,研究了球磨工艺和烧结温度对复合材料微观组织和硬度的影响。结果表明,球磨时过高的球磨速度或过长的球磨时间均会造成Al2Ti3V2ZrB颗粒的团聚,影响复合材料的组织均匀性。在球磨速度为150r/min下球磨5h,Al2Ti3V2ZrB颗粒在2024Al基体中的分布最均匀,复合材料的硬度最高。当烧结温度低于510℃时,Al2Ti3V2ZrB颗粒在2024Al基体中分布比较均匀,复合材料密度和硬度随烧结温度升高逐渐增加;超过510℃后Al2Ti3V2ZrB颗粒开始团聚,复合材料密度和硬度下降,在510℃制备的复合材料具有最高的硬度。     

Reactive sintering of TiAl–Ti5Si3 in situ composites

TiAl with between 0 and 20 vol%Ti₅Si₃ was produced by reactive sintering (700 °C for 15 min in vacuum) of cold pressed compacts of elemental Ti, Al and Si powder. The results show that adding Si to Ti and Al reduces the swelling associated with reactive sintering of TiAl, as composites containing more than 5 vol%Ti₅Si₃ densified during reactive sintering. However, composites containing more than 10 vol%Ti₅Si₃ did not retain their shape and the TiAl+20 vol%Ti₅Si₃ composite completely melted during the sintering process. A thermodynamic analysis indicated that the simultaneous formation of TiAl and Ti₅Si₃ increases the adiabatic flame temperature during the reaction between the powders. In fact, the analysis predicted that the maximum temperature of the reaction associated with the formation TiAl+20 vol%Ti₅Si₃ should exceed the melting point of TiAl, and this was observed experimentally. Differential thermal analysis (DTA) revealed that an Al–Si eutectic reaction occurred in mixtures of Ti, Al and Si powders prior to the formation of the TiAl and Ti₅Si₃ phases. There was no such pre-reaction formation of a eutectic liquid in Ti and Al powder mixtures. The formation of the pre-reaction liquid and the increase in adiabatic flame temperature resulted in the melting that occurred and the enhanced densification (minimization of swelling) during reactive sintering of the in situ composites.     

烧结温度对Micro-FAST制备TiAl合金组织和性能的影响

为解决TiAl合金成形困难的问题,以Ti、Al元素粉末为原料,采用Micro-FAST制备Ti-47Al合金,研究不同温度(7001050℃)对TiAl合金组织和性能的影响,并且探究了烧结过程中颗粒的迁移机制。结果表明,700℃烧结时不能形成典型组织,主要相为TiAl3;800℃及以上烧结时为岛状组织,主要相为大量的TiAl和少量的Ti3Al;在1050℃烧结时具有最佳的综合力学性能。烧结过程由多种扩散机制共同控制,随着烧结的进行,依次为蒸发-凝聚、体积扩散、晶界扩散和表面扩散。     

双步球磨与放电等离子烧结制备细晶TiAl合金

采用双步球磨法和放电等离子烧结(SPS)技术制备细晶Ti-47Al(at%)合金,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪以及透射电子显微镜(TEM)等分析测试手段对球磨后的粉末形貌结构、相组成以及烧结块体的显微组织结构进行观察和分析。结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸在20~40μm之间,内部结构均匀,主要由TiAl和Ti3Al相组成。放电等离子烧结后的块体主要由主相TiAl和少量的Ti3Al相及Ti2Al相组成,随着烧结温度的升高,Ti3Al相含量有所增加。当烧结温度为1000℃时,烧结块体获得的主要是等轴晶组织,等轴晶粒尺寸大多数在100~250nm之间。当烧结温度为1100℃时,烧结块体致密、无孔洞,等轴晶粒有明显长大的现象,显微组织主要由等轴状的TiAl相和片层状的Ti3Al相组成。     

放电等离子烧结的钛铝合金组织及氧化性能研究

研究了TiH2-45Al-0.2Si-5Nb未球磨和球磨两种粉末的放电等离子烧结组织特征以及经1000℃、100h高温氧化后的氧化性能.结果表明,未经球磨粉末的烧结组织由层片状TiAl和Ti3Al相组成,而经球磨粉末的烧结组织由细小的颗粒状TiAJ和Ti3Al相组成.球磨粉末的烧结组织氧化速度低于未球磨粉末的烧结组织,形成了连续的Al2O3和TiO2混合氧化物层,具有良好的高温抗氧化性.