Ni-Al辅助微波自蔓延烧结制备Ti3SiC2基金刚石复合材料工艺研究

为降低金刚石磨削工具的制造成本和能耗,探寻一种在低能耗下实现高性能陶瓷结合剂金刚石磨具的制备工艺,同时研究助燃剂Si和金刚石粒度等因素对样品物相组成、显微形貌和磨削性能的影响。采用Ti、Si、石墨粉和金刚石磨料作为原料,经冷压成型至生胚,通过Ni-Al辅助在微波场加热诱发Ti-Si-C体系发生自蔓延高温合成(SHS)反应以制备Ti₃SiC₂基金刚石复合材料。结果表明,高热值Ni-Al合金辅助可以缩短样品的烧结时间,还可以将诱发SHS反应的温度点控制在金刚石石墨化温度以下。在Ar保护气氛下,Ti-Si-C体系发生SHS反应,可生成Ti₃SiC₂、TiC和Ti₅Si₃等3种物相。随Si含量升高,Ti₃SiC₂相先增多后减少,当n (Ti):n (Si):n (C)=3∶1.1∶2时,复合材料的磨削性能最佳,磨耗比最高可达286.53。分析不同原料配比下的试样磨耗比差异的产生机制,认为基体组织中存在微小且分布均匀的气孔...     

Cu/Ti3SiC2复合材料的制备及其磨损性能研究

以Cu粉、Ti3SiC2粉末为原料,采用热压烧结技术,制备了不同体积分数的Cu/Ti3SiC2复合材料。用光学显微镜分析了该复合材料的微观组织,利用环块式摩擦磨损试验机测试了其磨损性能,采用SEM、EDS和XRD观察分析发该复合材料的磨损表面形貌及其组成。结果表明:Ti3SiC2在基体组织中分布均匀,随着其含量的增加,其在基体组织中的分布有聚集的趋势,材料的致密度逐渐下降;磨损质量损失在Ti3SiC2含量达到20vol%时最小;该复合材料的磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主,同时伴随有一定量的氧化磨损,氧化产物为Cu2O。     

放电等离子体烧结原位制备SiC-TiC-Ti3SiC2复合材料

采用Ti，Si，C以及少量的Al，应用放电等离子体烧结设备，在1350℃烧结得到不含有TiC的SiC—Ti3SiC2复合材料，其中SiC理论体积含量为50％。材料表面气孔率为2．72％。材料的硬度为10．09GPa，断裂韧性为5．66MPa·m^1/2，硬度低的原因是由于材料不够致密。提高烧结温度到1450℃，XRD结果表明材料中有了TiC的存在，这说明提高烧结温度以后，Ti3SiC2发生了分解。但是材料表面气孔率为0．64％，材料的硬度达到了18．07GPa，同时，材料的断裂韧性值达到了6．30MPa·m^1/2。实验表明，仅提高烧结温度100℃，使Ti3SiC2部分分解得到TiC，就能够提高材料的硬度和断裂韧性。     

放电等离子烧结制备SiC/Ti_3SiC_2复合材料

以钛粉、硅粉和石墨粉为原料,采用放电等离子烧结制备l了含20%(摩尔分数,下同)siC的SiC/Ti_3SiC_2复合材料,并研究了烧结助剂Al对该复合材料的性能影响.利用X射线衍射分析样晶相组成.运用扫描电镜分析材料的最微组织和断口形貌,并对试样的密度、硬度和抗弯强度进行了测定.结果表明,按Ti_3Si_(1.2)C_(2-)20%SIC和(Ti_3Si_(1.2)C_2-20%SIC)+2wt%Al进行成分配比,可制得纯度较高的Ti_3SiC_2-20%SiC复合材料,两者都含有少量未反应完全的石墨.未加Al的样品还含有微量的TiSi_2杂质;添加铝对样品的密度并没有明显影响,但对显微硬度有较大影响.含铝样品的显微硬度明显低于不含铝的样品;含铝和不含铝试样的三点抗弯强度分别为221.0、231.7 MPa.     

热压过程中Ti3SiC2陶瓷的合成机理研究

以Ti、Si、C粉为原料,采用热压烧结法,在烧结温度1000～1600℃合成了Ti3SiC2材料。采用XRD分析了热压产物的相组成,用SEM和EDS观察试样的显微结构,并讨论了Ti3SiC2陶瓷的合成机理。     

Si含量对放电等离子烧结制备(1-x)Ti3SiC2+xSiC复合材料的影响

以钛粉、硅粉和石墨粉为原料,制备出(1-x)Ti3SiC2+xSiC(x=0.1～0.8)复合材料,并利用X射线衍射仪对样品进行相组成分析.结果表明经1300℃放电等离子烧结15min后,可以得到纯净的0.9Ti3SiC2-0.1SiC和含有 微量石墨的0.2Ti3SiC2-0.8SiC复合材料,0.9Ti3SiC2-0.1SiC和0.2Ti3SiC2-0.8SiC复合材料的显微硬度分别为8.8和10.5GPa,均明显高于Ti3SiC2的(4GPa).随着SiC含量的增加,复合材料的硬度也增加,但杂质(石墨)和孔洞的含量也增多,成分为0.5Ti3SiC2-0.5SiC的复合材料在烧结过程中有少量Si流出;而当SiC含量增加到0.2Ti3SiC2-0.8SiC时,烧结过程中大量的Si流出使得复合材料无法成功烧结.     

Ti元素对Ti3SiC2在铜基复合材料中的分解抑制研究

三元层状Ti₃SiC₂陶瓷是一种新型的陶瓷材料,具有密度低、熔点高等特点,作为增强相可以明显改善Ti₃SiC₂/Cu复合材料的力学性能和摩擦磨损性能。然而,在烧结过程中Ti₃SiC₂发生分解,导致复合材料组织与性能发生改变。为了抑制Ti₃SiC₂的分解,提高复合材料性能,对Ti₃SiC₂颗粒表面进行多弧离子镀Ti改性,制备了界面性能优良,Ti₃SiC₂颗粒未分解的复合材料。研究了Ti₃SiC₂在复合材料的分解和Ti元素对其分解的抑制机理,分析了不同含量Ti₃SiC₂的复合材料的组织演化。结果表明,对Ti₃SiC₂表面进行镀覆Ti元素可以有效抑制Ti₃SiC₂     

W与Ti3SiC2陶瓷的放电等离子烧结连接

本研究成功地以放电等离子烧结方法将W和Ti3SiC2块体连接,得到界面结合良好、组织均匀、晶粒细小、没有明显缺陷的界面组织,通过生成以WC和W2C为主的过渡层,连接界面形成了冶金结合,为陶瓷与金属材料的连接提供了一条新途径.     

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。     

烧结温度对WC-Co-Ti3SiC2硬质合金微观组织与力学性能的影响

以掺杂3.0%Ti₃SiC₂(质量分数)的WC-Co-Ti₃SiC₂硬质合金为对象,研究了烧结温度(1350～1470℃)对WC-Co-Ti₃SiC₂硬质合金中的Ti₃SiC₂分解产物和比例、微观组织及力学性能的影响规律与机制。结果表明：烧结温度的升高促进了WC-Co-Ti₃Si C₂硬质合金中Ti₃Si C₂的分解以及(W,Ti)C和WSi₂相的生成,同时导致WC晶粒尺寸逐渐增大。硬质合金的硬度随烧结温度的升高呈现出先增大后降低的趋势,而断裂韧性则逐渐下降。当烧结温度为1410℃时,WC-Co-Ti₃Si C₂硬质合金的致密性最佳(孔隙率仅为0.47%),其力学性能也较为优异,硬度与断裂韧性分别为20 348.328 MPa和10.15 MPa·m^1...     

Synthesis of Ti3SiC2 by spark plasma sintering(SPS)of elemental powders

Ti3SiC2 materials have been fabricated by spark plasma sintering of the elemental powders with the addition of Al.At the heating rate of 80℃/min and under the pressure of 30MPa,the ideal synthesis temperature of Ti3SiC2 is in the range of 1150-1250℃.The addition of Al is in favor of the formation of Ti3SiC2.The synthesized compound has the molecular of Ti3Si0.8Al0.2C2 and lattice parameters of α=0.3069nm,c=1.7670nm.Its grain is plane-shape with a size of about 50μm in the elongated dimension.The prepared material has Vickers hardness of 3.5-5.5GPa(at 1N and 15s) and is as readily machinable as graphite‘s.     

Si掺杂放电等离子合成Ti2AIC／Ti3AIC2材料及理论分析

以Ti粉、Al粉、活性炭和Si粉为原料，采用放电等离子工艺分别以摩尔比为2．0Ti/1.1Al／1．0C、2．OTi/l．0Al／0．1Si/1.0C、2．0Til1.0Al／0．2Si／1．0C、2．0Ti／0、9Al／0．2Si／1．0（2和2．0Ti／1．0Al／0．3Si／1．0C，在1200℃合成了Ti2AlC／Ti3AlC2块体材料。通过合成试样的X射线衍射谱，确定了放电等离子合成试样的物相组成，并用扫描电镜结合能谱仪观察了合成试样的显微结构和微区成分。结果表明：以2．0Ti／1．1Al／1．0C为原料放电等离子合成了层状结构明显的Ti2AlC材料；掺Si后所有试样都由Ti2AlC、Ti3AlC2和Ti3SiC23种物相组成；当掺Si量逐渐增大，即Al与Si的量比减小时，试样中Ti3AlC2和Ti3SiC2的含量增加，而Ti2AlC的含量降低，同时颗粒得到细化。应用量子化学计算结果解释了掺Si后不利于Ti2AlC的生成，而有利于Ti3AlC2的生成机理，说明了掺Si后固溶体的产生过程。     

Microstructure,sintering behavior and mechanical properties of SiC/MoSi2 composites by spark plasma sintering

SiC/MoSi₂ composites were synthesized at different temperatures by spark plasma sintering using Mo, Si and SiC powders as raw materials. The phase composition, microstructure and mechanical properties of the as-prepared composites were investigated and the sintering behavior was also discussed. Results show that SiC/MoSi₂ composites are composed of MoSi₂, SiC and trace amount of Mo_4.8Si₃C_0.6 phase and exhibit a fine-grain texture. During the synthesis process, there was an evolution from solid phase sintering to liquid phase sintering. When sintered at 1600 °C, the SiC/MoSi₂ composites present the most favorable mechanical properties, the Vickers hardness, bending strength and fracture toughness are 13.4 GPa, 674 MPa and 5.1 MPa·m^1/2, respectively, higher 44%, 171%, 82% than those of monolithic MoSi₂. SiC can withstand the applied stress as hard phase and retard the rapid propagation of cracks as second phase, which are beneficial to the improved mechanical properties of SiC/MoSi₂ composites.     

Fabrication and mechanical properties of WC-Co-Al2O3 nanocomposites by spark plasma sintering

Small amounts of nanocrystalline Al2O3 particles were doped in WC-Co nanocrystalline powders to study their reinforcing effects, and spark plasma sintering technique was used to fabricate the WC-Co-Al2O3 nanocomposites. Experimental results show that the use of Al2O3 nanoparticles as dispersions to reinforce WC-Co composites can increase the hardness, especially the transverse rupture strength of the WC-Co hardmetal. With addition of 0.5%(mass fraction) Al2O3 nanoparticles, the spark plasma sintered WC-TCo-0. 5Al2O3 nanocomposites exhibit hardness of 21.22 GPa and transverse rupture strength of 3 548 MPa. The fracture surface of the WC-TCo-0.5Al2O3 nanocomposites mainly fracture with transcrystalline rupture mode. The reinforcing mechanism is maybe related to the hindrance effect of microcracks propagation and the pinning effect for the dislocations movement, as well as the residual compressive strength due to the Al2O3 nanoparticles doped.     

机械合金化+烧结制备TiC/Ti3SiC2复合材料

以Ti、Si和C单质粉末为原料,采用机械合金化合成了TiC/Ti3SiC2混合粉体,并用放电等离子烧结球磨粉体制备了致密的TiC/Ti3SiC2陶瓷。结果表明,机械合金化可以合成由TiC和Ti3SiC2组成的混合粉体,同时还可以细化晶粒,促进烧结的致密化过程。在1200℃下,保温5min,加压30MPa,对机械合金化1h时的粉体进行放电等离子烧结可制备相对密度高达99.1%的TiC/Ti3SiC2复合陶瓷。