Ti(C,N)粉末的制备技术及研究进展

Ti(C,N)是一种重要的非氧化物陶瓷材料,在耐磨领域具有广阔的应用前景。碳热还原法制备Ti(C,N)粉具有原料来源丰富、设备简单、产物粒径形貌可控且可实现规模化生产等优点,因此,备受国内外研究者的关注。本文简单阐述了近年来国内外Ti(C,N)粉的制备技术,重点介绍了碳热还原法制备Ti(C,N)粉的进展。     

碳热还原氮化攀钢高钛高炉渣制取Ti(C,N)的研究

以攀钢高炉渣(粒度≤0.074mm,w(TiO2)=21.19%)和炭黑(w(C)=98%)为原料,在密封管式炉中通入流量0.5L·min-1的工业N2(纯度>95%),分别在1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃保温2h以及在1450℃下分别保温0、2h、4h、6h、8h的条件下,采用碳热还原氮化法制备了Ti(C,N)。用X射线衍射仪、电子探针、图像分析仪等研究了碳氮化处理温度及保温时间对Ti(C,N)的形成及其晶粒大小的影响。结果表明碳氮化处理温度对高炉渣中Ti(C,N)的形成过程产生显著影响,温度从1300℃升至1500℃时,产物中Ti(C,N)的相对含量增大,其晶粒也逐渐长大,但超过1450℃后,影响又不太显著;在1450℃下延长保温时间能促进Ti(C,N)的生成与晶粒长大,但保温时间超过2h后,此促进作用又不太明显。     

碳热还原氮化制备Ti(C,N)技术的现状与发展

简单概述了Ti(C,N)的结构、性质、应用及其制备方法,并从热力学和动力学方面对碳热还原氮化制备Ti(C,N)技术进行了论述,分析了其制备过程中的工艺因素(如C/Ti摩尔比,原料种类及粒度大小,原料混合方式,气体流速,燃烧温度,添加剂等)的影响,同时还对碳热还原氮化制备Ti(C,N)技术的发展方向进行了展望。     

WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响研究

用传统的粉末冶金方法制备了不同WC含量的超细Ti(C,N)基金属陶瓷试样,运用SEM,EDX等手段对材料的显微组织进行了表征分析,并用这些显微组织的特征和差异解释了材料宏观力学性能的特点.结果表明,金属陶瓷的组织为典型的两相结构特征,其中陶瓷相的芯、壳结构(core/timstructure)与溶解析出机制有关.少量WC的加入能提高材料的力学性能.断口SEM分析表明:断裂机理为典型的混合型断裂(穿晶断裂和沿晶断裂),金属相存在着明显撕裂的痕迹.     

Ti(C,N)基金属陶瓷的显微结构和力学性能研究

采用真空热压烧结工艺制备三种不同掺杂的Ti（C,N）基金属陶瓷。借助于SEM分析了其显微结构,并测试了其力学性能和相对密度。实验结果表明：配方41.2wt%TiC-10wt%TiN-14wt%（Ni＋Co）-12wt%Mo2C-15wt%WC-6wt%TaC-0.8wt%Cr2C3-1wt%C的金属陶瓷综合性能最好,晶粒较细、均匀,具有明显的黑芯-灰壳结构;气孔较少,致密度较高。断裂机理主要是沿晶断裂,部分为混合型断裂（穿晶断裂和沿晶断裂）。金属相存在着明显的撕裂棱。其维氏硬度为12.5GPa,断裂韧性为8.9MPa·m1/2,抗弯强度为1286MPa,相对密度达到了99.2%。     

离子束加速电压对真空电弧沉积Ti(C,N)涂层性能的影响

利用等离子辅助真空电孤沉积技术分别在高速钢片和单晶硅片制备了Ti(C,N）涂层，通过X-射线衍射和扫描电镜研究了不同离子加速电压对单晶硅片上涂层结构和组织形貌的影响，并测定了高速钢片上涂层的显微硬度，同时进行了耐磨性实验。结果表明：涂层主要由TiN和Ti(C,N）组成，随着离子束加速电压的增大，涂层的沉积速度增大，Ti(C,N）的衍射峰不断宽化，晶格尺寸发生变化，但其表面形貌不受影响；当离子束加速电压为1500V时，涂层有较高的耐磨性和显微硬度，当离子束加速电压为2500V时，涂层的耐磨性和显微硬度都有所下降：     

NaBr-KCl和不同炭源对合成Ti(C,N)粉末的影响

采用质量分数76.9%的钛白粉分别和23.1%的炭黑、石墨或活性炭,或者40%的钛白粉和60%的淀粉为原料,10%NaBr-KCl为添加剂,试样经干法成型后,在埋炭条件下分别于1300℃、1400℃保温3h处理,利用XRD、SEM、EPMA分析了合成粉末的物相组成和微观形貌,研究了在埋炭条件下不同炭源及NaBr-KCl的存在与否对碳热还原法合成Ti(C,N)的影响。结果表明:分别以石墨、炭黑、活性炭或淀粉作为炭源均可合成Ti(C,N);外加剂NaBr-KCl的存在对以淀粉和炭黑为炭源的反应促进作用较大。在NaBr-KCl存在条件下,以炭黑为炭源经1300℃3h合成的Ti(C,N)晶粒大小为5~8μm;而分别以石墨、活性炭或淀粉作为炭源经1400℃3h合成的Ti(C,N)晶粒大小为1~3μm。     

Ti（C，N）基金属陶瓷的制备与性能研究

采用真空热压烧结工艺制备了Ti（C,N）基金属陶瓷复合材料。借助于SEM和XRD分别分析了其显微结构和组分,并测试了其力学性能和相对密度。实验结果表明：其晶粒较细、均匀,具有明显的黑芯-灰壳结构,气孔较少,致密度较高。断裂机理主要是沿晶断裂,部分为混合型断裂（穿晶断裂和沿晶断裂）。金属相存在着明显的撕裂棱。其维氏硬度22．74GPa,断裂韧性10．1MPa·m^1／2,抗弯强度1192．83MPa,相对密度达到了99．12％。     

Ti(C,N)基金属陶瓷烧结工艺的现状及进展

介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷的性能,主要综述了Ti(C,N)基金属陶瓷在高速刀具的应用和制备工艺的基本原理。着重讨论了各种烧结工艺的优缺点,并展望了Ti(C,N)基金属陶瓷未来的发展方向。     

Ti(C,N)在炭砖中的原位形成及其对炭砖性能的影响

为了提升高导热炭砖的抗侵蚀性,以人造石墨(≤0.075、≤1 mm)、Si粉(≤0.045 mm)、Al粉(≤0.075mm)、活性Al2O3(2μm)为原料,酚醛树脂为结合剂,分别外加质量分数6%的TiO2、TiC微粉,经混料、成型,于1 200和1 400℃埋炭热处理后制备了高炉用炭砖试样,研究了TiO2、TiC微粉对试样的物相变化、微孔结构、热导率及抗铁水侵蚀等性能的影响。结果表明:经1 400℃埋炭热处理后,外加6%(w)TiO2试样原位生成了Ti(C,N)和TiN,而引入的TiC较为稳定,在热处理过程中未与其他组分发生反应,且外加6%(w)TiO2试样在SiC晶须的密集区生成了Ti(C,N),与其他试样相比,SiC晶须的量较多,长径比较大;外加6%(w)TiO2试样的平均孔径低于100 nm,小于1μm孔的孔容积率达90%,室温热导率达53.43 W·m-1·K-1;抗铁水侵蚀性试验显示,通过引入TiO2原位形成Ti(C,N)的炭砖试样,其抗铁水熔损性优于直接引入TiC的试样。     

B4C(W,Ti)C陶瓷复合材料的制备及其性能

采用热压烧结工艺制备了B4C/(W,Ti)C陶瓷复合材料.研究表明:B4C/(W,Ti)C陶瓷材料烧结时将产生化学反应,反应产物为TiB2和W2B5.B4C/(W,Ti)C陶瓷材料的性能与(W,Ti)C的含量密切相关,随(W,Ti)C含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性逐渐增加,硬度逐渐减小;当保温时间低于50min时,材料的致密度、抗弯强度和硬度显著降低;B4C/(W,Ti)C陶瓷复合材料的最佳性能参数为:抗弯强度693MPa,维氏硬度23.5GPa,断裂韧性3.9MPa·m1/2.磨损实验表明,B4C/(W,Ti)C陶瓷材料在低速小载荷的实验条件下,耐磨性能优异,在高速大载荷的实验条件下,磨损过程中局部点的高温导致试样表面发生氧化,加剧了材料的磨损.     

Ti(C,N)基金属陶瓷氧化后的显微结构与力学性能

研究了Ti(C,N)基金属陶瓷的高温抗氧化性能。采用X R D、SEM分析了样品氧化后的物相组成及显微结构,并测试了试样氧化前后的抗弯强度和维氏硬度。实验结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷在800℃时氧化不明显,但抗弯强度开始下降;样品在900℃时开始剧烈氧化,材料的抗弯强度呈现明显的下降趋势,试样氧化前后的硬度变化较小。随着氧化温度的升高,氧化层厚度明显增加,Ti(C,N)被氧化变成TiO 2。     

成型压力对原位氮化生成Si3N4结合MgO-C材料性能影响

以电熔镁砂、单质Si粉和鳞片石墨为主要原料,木质磺酸钙溶液(1.25 g/mL)为结合剂,氮气气氛下分别于低温段1350℃氮化2h和高温段1500℃氮化3h制备成MgO-C材料.通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别分析试样的物相组成和显微结构,显气孔率、体积密度和耐压强度被用来表征试样的物理性能.结果表明:除500 MPa成型压力下试样内部生成少量的MgSiN2相外,不同成型压力氮化后试样的物相组成并无明显变化,主要生成α-Si3N4、β-Si3N4和少量的SiC相.试样内部原位氮化合成的β-Si3N4晶体主要呈现长柱状形貌.当成型压力为400 MPa时,β-Si3N4晶体的尺寸最大,试样显气孔率最低,耐压强度最大.     

Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展

介绍了Ti（C，N）基金属陶瓷的基本组成和结构，综述了Ti（C，N）基金属陶瓷的研究现状，指出了未来的发展方向和应用。     

Ti(C,N)对刚玉质浇注料性能的影响

骨料采用电熔白刚玉,基质采用白刚玉细粉、活性α-Al2O3微粉、SiO2微粉及Ti(C,N)微粉,按骨料与基质质量比为70:30,α-Al2O3微粉和Ti(C,N)微粉总质量分数固定为10%,制备了Ti(C,N)含量(质量分数)分别为0、5%和10%的三种刚玉质浇注料,对比了三种材料的常温物理性能、抗碱(K2O)性能及抗渣性能,并借助XRD和光学显微镜研究了材料的物相组成和显微结构。结果表明:加入Ti(C,N)后,刚玉质浇注料经1500℃3h热处理后强度显著增大,抗碱(K2O)性能及抗渣性能随Ti(C,N)加入量的增加而逐渐提高。其主要机理为:Ti(C,N)促进了材料的高温烧结,改善了材料的显微结构;同时Ti(C,N)化学稳定性优良,难于被熔渣润湿,材料基质中均匀分散的Ti(C,N)减弱了碱(K2O)及熔渣对刚玉质浇注料的渗透和侵蚀。     

用叶蜡石与金红石碳热还原–氮化合成Sialon–Ti(N,C)复合材料

以叶蜡石、金红石和焦炭粉为原料,通过碳热还原–氮化反应合成sialon–Ti(N,C)复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对产物的物相组成、显微结构和微区成分进行了分析,研究了合成温度和配炭量对产物物相组成和显微形貌的影响。结果表明:当叶蜡石与金红石质量比为4:1、配炭量过量50%、合成温度为1 500℃时,合成的sialon–Ti(N,C)复合材料中TiN0.7C0.3晶粒尺寸约为200nm,产物为β-sialon、15R-sialon、TiN0.7C0.3、刚玉和少量β-SiC;当配炭量过量50%,合成温度从1400℃升高到1550℃,产物中β-sialon和TiN0.7C0.3含量逐渐增加。相同合成温度下,配炭量对产物物相组成有重要影响,配炭量过量50%有利于sialon–Ti(N,C)复合材料的合成;当配炭量较少时,产物中出现O’-sialon和Si2N2O;当配炭量过多时,β-sialon向15R-sialon转变。     

氮化制度对Si3N4-SiC复合材料性能的影响

详细地研究了氮化制度对Si3N4-SiC复合材料性能的影响,研究结果表明:经过单一的氮化高峰反应后,材料的力学性能、物相和显微结构均较差,而经过2个连续的氮化高峰的反应烧结能够得到较好的力学性能、物相和显微结构,继续通过高温后处理,复合材料的性能随反应时间的延长逐步提高.     

Ti3SiC2/TiC复合材料的制备及弯曲性能研究

Ti3Si C2/Ti C是一种新型复合材料,同时具有金属与陶瓷的特性,本文采用浸渗反应烧结法制备了Ti3Si C2/Ti C复合材料,并对制备复合材料的性能进行了研究。研究结果表明:当浸渗温度为1550℃时,可制备得到致密性优良的Ti3Si C2/Ti C复合材料;当Ti C含量超过18%时,抗弯强度开始下降,气孔率随之增大。     

Al2O3-C材料中Ti(C,N)的形成及其抗气化炉渣侵蚀性能研究

水煤浆气化炉内衬材料的无铬化势在必行.基于碳氮化钛对高炉渣的增稠机理,本工作在前期开发水煤浆气化炉用Al2O3-C无铬化内衬材料的基础上,拟通过在Al2O3-C材料中引入一定量的TiO2,使之在高温下材料内原位反应形成碳氮化钛相,提高材料的抗气化炉渣侵蚀性能.结果表明:当Al2O3-C材料引入适量的TiO2时,可以发现在烧成过程中材料中原位形成了Ti(C,N)相,优化材料的孔结构;当材料与渣发生反应时,提高了在侵蚀过程中渣的粘度,改善材料的抗侵蚀性能.当材料中引入的过量的TiO2,TiO2易与气化炉渣发生反应,降低渣的粘度,从而降低材料的抗侵蚀性能.