Ti3AlC2/Cu复合材料的制备及其性能研究

采用粉末冶金的方法在1000℃和30 MPa的热压条件下,烧结制备了以Ti3AlC2为增强相的Ti3AlC2/Cu复合材料,研究了增强相含量(10%～40%)对复合材料的显微结构、抗弯强度、硬度和电阻率的影响.结果表明:Ti3AlC2能够有效增强铜,当Ti3AlC2含量为30%时,增强效果最佳,复合材料的抗弯强度达1033 MPa,最大形变为2.5%,增强相含量继续增加时,复合材料的强度反而降低;随着增强相含量的增加,复合材料渐趋脆性断裂,同时复合材料的电阻率基本呈线性升高.     

放电等离子合成Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备及性能研究

采用放电等离子烧结方法研究了Ti3AlC2/TiB2复合材料的制备和不同TiB2含量(体积百分数)对Ti3AlC2/TiB2性能的影响。研究表明,在1250℃,30MPa压力和保温8min条件下烧结,可以得到相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料的硬度;Ti3AlC2/30%TiB2维氏硬度达到10.39GPa,电导率达到3.7×106S·m-1;当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696MPa,断裂韧性为6.6MPa·m1/2,但当TiB2含量继续增加时,由于TiB2的团聚和TiB2抑制Ti3AlC2晶体的生长导致了材料的抗弯强度和断裂韧性的下降。     

Cu-Ti3AlC2金属陶瓷的制备与性能研究

采用粉末冶金工艺制备Cu-Ti3AlC2金属陶瓷,借助XRD、SEM观察相成分和断口形貌,并研究Ti3AlC2增强相含量对产物密度、硬度、抗弯强度、断裂韧度和室温电导率的影响.结果表明,随着烧结温度的升高,Cu的衍射峰位置向左偏移,这与Al的固溶有关.随着Ti3AlC2含量的增加,金属陶瓷的密度和断裂韧度逐渐减小,硬度和电导率逐渐增大,抗弯强度先增大后减小.当Ti3AlC2含量为30%时,Cu-Ti3AlC2金属陶瓷综合性能最好,其硬度(HV)、抗弯强度、断裂韧度和电导率分别为1.7 GPa、733 MPa、9.3 MPa·m1/2和1.37×106 S·m-1.     

原位合成Ti2AlC/TiAl复合材料的显微组织与性能

利用Al-Ti-C体系的放热反应,通过真空热压烧结,原位合成了Ti2AlC/TiAl复合材料.借助于XRD,SEM,OM分析及力学性能测试,分析了Ti2AlC/TiAl复合材料微观组织与性能的关系,探讨了Ti2AlC增强增韧TiAl金属间化合物的机制.结果表明,其增强相为Ti2AlC,并有微量的Ti3AlC生成,基体相为TiAl.Ti2AlC的生成,细化了晶粒,其层状结构阻止了裂纹扩展.力学性能测试表明,该材料抗弯强度可达743.84 MPa,断裂韧度可达9.17 MPa.m1/2.     

Ti3AlC2含量对热压制备Cu/Ti3AlC2复合材料的影响

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,原位热压制备一系列Cu/Ti3AlC2复合材料,并研究Ti3AlC2含量对复合材料生成相、显微组织、力学和电学性能的影响。实验结果表明,在1150℃的高温下,不管Ti3AlC2的含量,Al都从Ti3AlC2中溶出进入液相Cu中,反应生成新的复合相。当Ti3AlC2原料的体积分数为40%~60%时,复合材料由Ti3C2相和Cu(Al)合金相组成。Cu/Ti3AlC2复合材料具有高强度及良好的断裂韧性和导电性,归因于Ti3C2聚集薄层与Cu(Al)合金层之间的牢固结合以及Cu(Al)相构成的空间网络结构。当Ti3AlC2原料的体积分数为70%或80%时,复合材料由Ti3C2和Cu9Al4金属间化合物组成,随着Ti3AlC2含量的增加,其强度和断裂韧性减小,硬度和电阻率增大。     

TiC-Ti-Al-CNTs体系原位制备Ti_2AlC增强钛铝基复合材料

利用TiC-Ti-Al-CNTs体系的原位热压技术制备Ti2AlC增强的钛铝基复合材料。借助XRD和SEM分析不同配方对应产物的相组成、显微结构及性能。结果表明,由于CNTs的掺杂消耗了Ti,导致形成的产物组成不同。对于Ti2AlC/TiAl基复合材料,Ti2AlC增强相呈颗粒状分布,Ti2AlC含量低时,综合性能较好;对于Ti2AlC/TiAl3基复合材料,由于形成了搭接层状结构,弯曲强度和断裂韧度分别为290.97MPa和5.08MPa·m1/2,较TiAl3合金分别提高了79.62%和154%。     

Ti3AlC2颗粒含量对Ti3AlC2/ZA27 复合材料性能的影响

通过无压烧结技术和机械合金化技术,在烧结温度为870 °C,保温时间为2.5h的工艺条件下,制备了四种不同体积含量的Ti3AlC2 颗粒含量的Ti3AlC2/ZA27复合材料。研究了Ti3AlC2 颗粒含量对Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度,密度,拉伸强度和弯曲强度的影响。结果表明界面处的微弱的化学反应有助于提高复合材料的界面结合能力,进而提高Ti3AlC2 /ZA27复合材料的机械性能。此外,随着Ti3AlC2 颗粒含量增多,Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度和力学强度都随之增大,这主要归因于纳米尺度的Ti3AlC2颗粒的弥散增强结果。然而,随着Ti3AlC2 颗粒的增加到40 vol. %, 由于孔隙的增多,Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度和力学强度又出现下降。对比制得的四种Ti3AlC2 /ZA27复合材料,30Ti3AlC2/ZA27复合材料拥有最大的抗拉强度、抗弯曲强度以及维氏硬度,分别为310 MPa,528 MPa 和1.24 GPa. 这些优异的性能除了归因于良好的界面结合,还归因于Ti3AlC2颗粒的细晶强化和弥散强化作用。     

钛合金中碳化物组成及形态的演变机制

采用熔铸法制备自生颗粒增强钛基复合材料。利用SEM，EDA，TEM，XRD等手段，系统研究了增强相形态、尺寸、分布及其形成机制。结果表明，合金基体为α-Ti时，碳化物为单相TiC，其形态随着碳含量的增加依次呈羽毛状或麦穗状、颗粒状或短棒状、粗大的枝晶状；当合金中铝含量增加时，溶体中TiC通过包共晶转变，开始析出Ti3AlC相。碳含量低时形成单相Ti3AlC碳含量增加时，由于Al扩散限制，形成TiC为芯、Ti3AlC为包覆层的双层结构颗粒，形态上呈颗粒状或树枝晶状；当合金中铝含量进一步增加时，碳化物转变为单相片状Ti2AlC。     

Ti_3AlC_2掺杂SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备Ti_3AlC_2陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti_3AlC_2(质量分数,下同,%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备Ti_2AlC/Ti Al基复合材料。借助XRD、SEM分析产物的相组成和微观结构,并测量其室温力学性能。结果表明:原位热压烧结产物由Ti_3AlC_2和TiC相组成,Ti_3AlC_2呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间;SPS法制备的Ti_2AlC/Ti Al基复合材料主要由Ti Al、Ti_3Al和Ti_2AlC相组成,Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,发挥了晶界/晶内内生型强化相的增强作用。力学性能测试表明:Ti_2AlC/Ti Al基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm~3、5.37 GPa、7.17 MPa·m~(1/2)和494.85 MPa,穿晶、沿晶及层状撕裂等混合断裂特征对改善性能发挥了重要作用。     

添加TiC对燃烧合成Ti2AlC粉体的影响

实验表明，以Ti,Al和碳黑单质粉末为反应物原料，按Ti2AlC化学计量比为原料摩尔配比，得到的燃烧产物主晶相为Ti3AlC2，而Ti2AlC的含量很少。当保持总原料各组分配比不变，加入TiC时，燃烧产物中的Ti2AlC相却变为主晶相，而Ti3AlC2和TiC相的含量急剧减少。燃烧产物Ti2AlC相的含量随添加的TiC质量分数（0－25％）的增加而增加。从动力学和热力学的角度探讨了TiC对燃烧合成Ti2AlC的影响机理。     

塑性变形与退火对Ag-Ti3AlC2复合材料性能的影响

研究了塑性变形和退火处理对热压烧结Ag-Ti3AlC2复合材料力学及电学性能的影响。结果表明,塑性变形+退火处理能显著提高复合材料的导电性,其中Ag-20%Ti3AlC2(体积分数)电阻率降幅达到15.02%;复合材料的抗拉强度随着变形量的增加而大幅提升,Ag-20%Ti3AlC2复合材料在Φ2 mm加工态时抗拉强度达到最高的462.42 MPa,经退火处理,其强度降低28.57%,延伸率提高435.11%,达到19.05%,综合力学性能显著提高。     

Cu-Ti3AlC2金属陶瓷的制备及性能研究

用无压浸渗法制备了铜．钛铝碳金属陶瓷材料（Cu-Ti3AlC2）。研究了Cu含量对反应产物的影响，测试了制备的Cu-Ti3AlC2样品的抗弯强度、硬度和导电率，并进行了显微结构观察和断口分析。结果表明，在适当的工艺条件下，当Cu含量在一定范围内，经无压烧结可获得高致密性的Cu-Ti3AlC2陶瓷块体材料。由于其特殊的显微结构，所制备的Cu-Ti3AlC2样品在保证导电率的同时其室温抗弯强度、硬度都大大超过单相钛铝碳陶瓷。     

TiC/Ti3AlC2复合材料的制备及性能研究

利用2TiC-Ti-Al体系的原位放热反应制备TiC/Ti3AlC2复合材料。借助XRD和SEM分析不同合成温度对应产物的相组成和微观结构,并测量其密度和抗压强度。结果表明,随着合成温度的升高,Ti3AlC2含量减小,TiC杂质相含量增大,层状或板状Ti3AlC2组织减少,大颗粒状TiC显著增多。经1350℃烧结后,合成产物中Ti3AlC2含量相对较高,其密度和抗压强度达4.03g/cm3和111.29MPa。     

Ti_3AlC_2与Cu合金的电弧焊接

采用无焊料电弧焊方法对Ti_3AlC_2陶瓷与Cu(Mg)合金进行焊接.观察分析了接头组织结构和物相组成,测试了焊接试样的弯曲强度.结果表明,Ti_3AlC_2陶瓷和Cu(Mg)合金之间具有良好的可焊接性.在适当的焊接工艺下,接头具有典型显微结构:在靠近Cu(Mg)合金的区域,自生成的细小TiCx颗粒均匀弥散在Cu(Ti, Al, Mg)合金网络内;在靠近Ti_3AlC_2陶瓷的区域,形成TiC_x相与Cu(Ti, Al, Mg)合金相交替层叠的特殊结构.焊接试样的断裂发生在Ti_3AlC_2陶瓷部分,表明接头的抗弯强度高于被焊接的Ti_3AlC_2陶瓷材料.     

放电加工用金属结合剂碳化硅工具的研究

本文利用热压烧结工艺制备了含有20vol％～50vol％SiC的放电加工用金属结合剂工具电极。采用非均相沉淀包裹法制得Cu包SiC复合粉体。并对试样的气孔率、电阻率、抗弯强度进行了研究,结果表明,随着SiC含量的增加,试样气孔率和电阻率提高,而抗弯强度下降;在20vol％-50vol％SiC含量范围内,采用直接混合法和包裹法制备的试样具有大致相同的气孔率、电阻率,但包裹法的强度却大大提高。用X—ray衍射、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDAX）等测试手段对试样进行了成分和微观形貌分析。研究结果表明,包裹法制得的Cu结合SiC试样,SiC分散更均匀,并通过形成Cu2O—SiO2共熔物（玻璃相）来提高SiC和Cu的界面结合强度。     

原位热压反应制备Ti3AlC2／TiB2复合材料

Ti3AlC2综合了陶瓷和金属的诸多优点，有着潜在的广泛应用前景。然而，单相Ti3AlC2的硬度和强度偏低，限制了它的广泛应用。引入第二相形成复合材料是解决上述问题的一个有效方法。以Ti粉、Al粉、石墨和B4C粉为原料采用原位热压方法成功地合成了Ti3AlC2/TiB2复合材料。利用DSC和XRD对其反应路径作了详细研究，并利用SEM和TEM对复合材料的微观结构进行了表征，最后测试了复合材料的硬度和强度。结果表明用B4C-Ti-Al-C体系，可以在较低温度下合成致密的无杂质Ti3AlC2／TiB2复合材料；引入的TiB2明显提高了Ti3AlC2的硬度和强度。     

Strengthening of Ti2AlC by substituting Ti with V

Ti₂AlC is strengthened by substituting Ti with V to form (Ti,V)₂AlC solid solutions. The Vickers hardness, flexural strength, shear strength and compressive strength are enhanced by 29%, 36% and 45% for (Ti_0.8,V_0.2)₂AlC solid solution, respectively. The strengthening mechanism is discussed.     

Microstructure and microhardness of Ti3Al matrix composites produced by XD^TM synthesis

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ ,ｈｉｇｈｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｒｅｅｐｒｅ ｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｕｍｉｎｉｄｅｓｍ     

烧结温度对Ti_3AlC_2/ZA27复合材料性能的影响

以Ti_3AlC_2粉和锌铝合金ZA27粉作为原料,采用行星球磨混料和气氛保护烧结工艺制备了Ti_3AlC_2颗粒增强ZA27复合材料,重点研究了烧结温度对复合材料的相组成、力学性能和显微组织的影响。结果表明,随烧结温度的升高,复合材料的相对密度、维氏硬度、抗弯强度和抗拉强度都增大,且在870℃时抗弯强度和抗拉强度都达到最大值,分别为592和324 MPa。该温度下Ti_3AlC_2与ZA27之间发生了微弱的化学反应,有利于改善基体与颗粒增强相之间的界面结合效果。