Ti3AlC2/Al复合材料的制备及性能

采用Ti、Al和C元素粉末为反应原料,通过机械合金化(MA)和热处理法制备出高纯度三元碳化物Ti3Al C2陶瓷粉体。将Ti3Al C2作为增强相添加到金属Al中,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备出Ti3Al C2/Al复合材料,研究烧结温度对复合材料的相对密度、硬度和摩擦因数的影响。结果表明:随烧结温度的增加,复合材料的相对密度和硬度也随之增加,当烧结温度为550℃,复合材料的相对密度和硬度分别为97%和180HV;复合材料的摩擦因数随烧结温度升高而逐渐变小,当烧结温度为500℃,摩擦因数达到最低值,约为0.186 9,烧结温度继续升高,摩擦因数反而变大。     

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。     

自蔓延高温合成Ti3AlC2材料及其摩擦磨损性能

以TiC,Ti,Al,C粉末为反应物原料,采用自蔓延高温反应按照质量分数为15%TiC,50%Ti,28%Al,7%C的配比合成了纯度为96.76%、气孔率为9.45%的高纯Ti3AlC2块体材料。研究添加TiC对合成产物Ti3AlC2材料纯度的影响,并对其摩擦磨损性能进行分析。结果表明:当添加TiC的质量分数小于15%,Ti3AlC2含量随TiC含量的增加而增加;当添加TiC质量分数大于15%,Ti3AlC2含量随TiC含量的增加而降低。当载荷较小,Ti3AlC2材料以磨粒磨损为主;而载荷较大,其以磨粒磨损为主并伴随有轻微黏着磨损。     

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。     

自蔓延高温合成Ti3AlC2材料及其摩擦磨损性能

以TiC,Ti,Al,C粉末为反应物原料,采用自蔓延高温反应按照质量分数为15% TiC,50% Ti,28% Al,7% C的配比合成了纯度为96.76%、气孔率为9.45%的高纯Ti3AlC2块体材料。研究添加TiC对合成产物Ti3AlC2材料纯度的影响,并对其摩擦磨损性能进行分析。结果表明：当添加TiC的质量分数小于15%,Ti3AlC2含量随TiC含量的增加而增加;当添加TiC质量分数大于15%,Ti3AlC2含量随TiC含量的增加而降低。当载荷较小,Ti3AlC2材料以磨粒磨损为主;而载荷较大,其以磨粒磨损为主并伴随有轻微黏着磨损。     

Ti3AlC2增强铜基复合材料的摩擦磨损特性分析

采用放电等离子烧结(SPS)法在烧结温度为800~900℃和轴向压力为35 MPa的条件下,将Ti3Al C2作为增强相添加到Cu基体中烧结制备Ti3Al C2/Cu复合材料,研究增强相含量(5%~20%)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:Ti3Al C2可以有效增强铜基体,当Ti3Al C2的体积分数为20%、烧结温度为900℃时,增强效果最佳,此时复合材料的硬度和摩擦性能最好,显微硬度值和摩擦因数分别为176HV和0.39;当试验载荷为100 N时,复合材料随着添加相Ti3Al C2含量的增加其磨损机制也发生变化。     

反应烧结制备FeAl/Al2O3复合材料的研究

对不同成分配比的Fe2O3粉和Al粉末生坯分别进行900,1 000,1 100℃烧结,利用自蔓延反应放热和加热炉加热的综合作用制备FeAl/Al2O3复合材料。用扫描电镜、维氏硬度计、M-200型磨损试验机对烧结合金的金相组织、硬度以及磨损性能进行测试。结果表明:Fe2O3-Al在适当配比和烧结温度下,可以合成以FeAl为基体、Al2O3和铝铁金属间化合物为增强相的复合材料;试样烧结前后相对密度受Al含量和烧结温度的影响,Al含量越高,烧结温度越高,相对密度越大;Al的质量分数为40.3%,1 100℃烧结后的样品具有最高硬度和最佳耐磨性能。     

烧结温度对合成Ti3SiC2材料的影响及反应机理的研究

以Ti/Si/C为原料,采用反应烧结方法制备Ti3SiC2材料,并分析反应烧结机理。结果表明,以3Ti/1.2Si/2C为起始原料,烧结温度在1250~1300℃之间,可以得到Ti3SiC2含量90%以上的Ti3SiC2材料。Ti3SiC2的反应合成机理是固-液反应,即:Ti5Si3和β-Ti形成液相,液相再与TiC反应,进而合成Ti3SiC2。     

五唑钠简便合成方法

为了简便合成五唑钠,采用环化/C—N切断“一锅法”合成了五唑钠,并对其合成方法和条件进行了研究。采用红外、核磁、质谱或离子色谱等对氯化重氮盐4a、四氟硼酸重氮盐4b及五唑钠进行了表征分析。结果表明：采用环化/C—N切断“一锅法”可简便地合成五唑钠;以氯化重氮盐4a合成五唑钠的适宜反应条件为：NaHCO₃与2,6-二甲基-4-氨基苯酚(1)的摩尔比为0.6∶1,环化温度-45℃,环化时间2 h,C—N切断反应温度-35℃,C—N切断反应时间24 h,m-CPBA与化合物4a的摩尔比为3∶1;以四氟硼酸重氮盐4b合成五唑钠的适宜反应条件为：NaHCO₃与化合物4b的摩尔比为0.3∶1,环化温度-45℃,环化时间7 h,C—N切断反应温度-35℃,C—N切断反应时间24 h,m-CPBA与化合物4b的摩尔比为4∶1;采用乙醇提取法可简便分离得到五唑钠,纯度达98.87%(面积归一法)。     

钉扎型氧化铝/铝金属陶瓷复合粉体的球磨工艺研究

采用球磨法制备钉扎型氧化铝/铝金属陶瓷复合粉体,为制备高性能金属陶瓷材料提供原料基础。研究表明:随着球磨时间的增加,Al2O3颗粒在Al球表面的钉扎数量呈先增多后减少的趋势,球磨转速对Al2O3在Al球表面的钉扎数量呈先增多后减少的趋势;随着球料比的增大,Al2O3在Al球表面分布增多,综合考虑其性价比,采用球磨时间为24 h、转速为100 r/min和球料比为1∶2的工艺条件制备钉扎型氧化铝/铝金属陶瓷复合粉体较为适宜。     

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。     

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%。     

起始粉末粒径对Al2O3-TiC陶瓷力学性能的影响

热压烧结制备了Al2O3和Al2O3-TiC复合陶瓷。研究了起始粉末粒径对Al2O3-TiC复合陶瓷力学性能的影响。试验结果表明,添加TiC显著地提高了氧化铝陶瓷的力学性能,σf和K1c分别提高了70％和90％。其中大颗粒TiC对氧化铝陶瓷的增韧尤为有利,其裂纹偏转增长了扩张路径,提高了材料的断裂抗力。     

超微 Al_2O_3 粉热压烧结陶瓷的性能

采用超微Ａｌ２Ｏ３粉和热压烧结工艺制备出两种Ａｌ２Ｏ３基陶瓷（Ａｌ２Ｏ３－ＭｇＯ－ＴｉＣ、Ａｌ２Ｏ３－ＭｇＯ－ＴｉＣ－Ｙ－ＰＳＺ）。研究了这两种材料烧结体的密度、显微组织和力学性能。并将烧成陶瓷加工成切削刀片，对３５ＣｒＭｎＳｉＡ超高强度调质钢进行切削试验，所得结果与其它几种陶瓷刀具的切削性能进行了比较。     

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。     

常压烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷及其显微结构的研究

以微米SiC颗粒和工业氧化铝为原料,采用机械混合法制备Al2O3/SiC复合粉末。将复合粉末煅烧、成型,在1 600℃,2h烧结可制备出Al2O3/SiC纳米复合陶瓷。通过XRD、DSC-TG、SEM和TEM等分析了煅烧和烧结过程中相组成的变化,烧成收缩和微观结构,结果表明:在氧化铝基体中添加80%(质量分数)平均粒径为5μm的SiC粒子,复合粉末经700℃煅烧后再成型,试样于1 600℃烧结,其相对体积质量可达93.8％。SiC粒子主要被包裹在Al2O3晶内形成“晶内型”纳米复合陶瓷。在烧结过程中由SiC氧化形成的SiO2包裹层与基质氧化铝反应形成的无定形莫来石前躯体可大大促进烧结;SiC埋料氧化形成的外壳可有效阻止烧结体内SiC的进一步氧化。     

添加氧化锆对氧化铝陶瓷的性能的影响

研究了ZrO2对Al2O3力学性能和耐磨性能的影响。将α-Al2O3与采用沉淀法合成的Zr(OH)4混合,凝胶混合物在600℃下煅烧2h。m(Al2O3)∶m(ZrO2)=85∶15的复合材料在1400℃至1650℃之间保温2h常压烧结。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分别对试样的相组成和显微结构进行分析。结果表明,在1550℃温度下烧成的该复合材料获得了最高的密度、最好的耐磨性能和最佳的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别达到708MPa和5.8MPa·m1/2。研究结果表明,在氧化铝中添加ZrO2有助于改善氧化铝陶瓷的力学性能和耐磨性能。     

烧结温度对Ti2SnC导电陶瓷摩擦磨损性能的影响

采用Ti粉、Sn粉和C粉为反应物原料,通过机械合金化和放电等离子(SPS)烧结进行Ti2SnC导电陶瓷的制备,探讨烧结温度对机械合金化产物和烧结块体的相组成及微观形貌的影响,同时对烧结块体的硬度、摩擦磨损性能进行分析。研究表明:温度为600~1 000℃,块体的硬度和摩擦因数随着烧结温度的提升而逐渐降低;温度为1 000℃;块体具有较低的硬度和较小的摩擦因数;温度超过1000℃,高温导致部分Ti2SnC开始分解,块体的硬度开始增加,摩擦磨损性能下降。