机械合金化制备Ti_3AlC_2导电陶瓷

以Ti、Al、C单质粉体为实验原料,掺杂适量的Si元素,采用高能球磨机制备Ti_3AlC_2导电陶瓷粉体,研究球磨转速和原料配比对合成Ti_3AlC_2导电陶瓷的影响。研究表明:在球磨转速为550 r/min,球料比5∶1和球磨时间3 h的球磨工艺下,可成功制备出Ti_3AlC_2含量为92.4 wt%的混合粉体,通过增加适量Al元素可以促进Ti_3AlC_2的合成;原料粉体按3Ti/1Al/0.1Si/1.8C的化学计量比进行机械合金化,所得粉体中Ti_3AlC_2的含量高达95.1 wt%,并且Si原子替代部分Al原子而形成Ti_3Al(Si)C_2固溶体。     

无压烧结制备高纯层状Ti_3AlC_2材料的研究

利用钛粉、铝粉和石墨粉混合作为原料并添加少量低熔点元素——锡粉以改变烧结温度和铝含量,采用无压烧结技术在烧结温度为1 400℃,原料Ti/Al/C的摩尔比为3∶1.2∶2下制备出三元Ti_3AlC_2材料。通过X射线衍射仪表征其结构,获得的Ti_3AlC_2的纯度为96.7%,利用场发射扫描电子显微镜研究观察其微观形貌为典型的层状结构。为进一步合成锂离子电池负极材料MXene相Ti_3C_2提供基础。     

Ta2AlC–Ta4AlC3复合材料放电等离子烧结制备与力学性能

以Ta粉、Al粉、TaC粉末为原料,针对摩尔比n(Ta):n(Al):n(TaC)=1:1.4:1的体系额外加入质量分数分别为10%、20%、30%的TaC粉末,利用放电等离子烧结(SPS)法原位合成Ta_2AlC陶瓷复合材料。结果表明:摩尔比为n(Ta):n(Al):n(TaC)=1:1.4:1的体系可以合成高纯度Ta_2AlC陶瓷,并随着TaC含量的增加,体系中Ta_4AlC_3不断增多,表明Ta_2AlC与TaC高温下发生反应转变成Ta_4AlC_3。SPS法可以制备出细晶Ta_2AlC–Ta_4AlC_3复合材料,Ta_4AlC_3含量的变化可以显著改变材料的力学性能,添加20%TaC制备的Ta_2AlC–Ta_4AlC_3复合材料力学性能最为突出,其弯曲强度、压缩强度、断裂韧性分别为753.84 MPa、1 029.55 MPa和7.65 MPa·m1/2,细晶强化和复合材料中同类的MAX第二相相互交叠强化是Ta_2AlC–Ta4Al C3复合材料具备高力学性能的主要原因。     

Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料的制备及性能

采用溶胶-凝胶法合成了Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗研究复合材料的结构、形貌及电化学性能。结果表明:溶胶-凝胶法能合成纯相Li_4Ti_5O_(12)/Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3复合负极材料颗粒均匀。与纯相Li_4Ti_5O_(12)相比,引入Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3的Li_4Ti_5O_(12)复合负极材料具有更低的锂离子嵌入/脱出阻抗,Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3质量分数为1%、2%、3%、4%、5%的Li4Ti5O12复合负极材料首次放电容量比纯相Li_4Ti_5O_(12)分别提高了6.2%、11.8%、15.5%、8.0%和2.0%。充放电循环20次后,Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO_4)_3质量分数为3%的Li_4Ti_5O_(12)复合负极材料循环性能最好,平均每次循环容量衰减率为0.022%。     

Al对机械合金化合成Ti_3SiC_2导电陶瓷的影响

以Ti粉、Al粉、Si粉和C粉为反应原料,按着3Ti/Si/2C/x Al(x=0,0.1,0.2,0.3)化学计量,利用机械合金化工艺合成Ti_3SiC_2导电陶瓷,并研究Al含量对球磨合成Ti_3SiC_2含量的影响。研究表明:添加适量的Al可以显著促进Ti_3SiC_2的合成,当x=0.1时,球磨产物中粉体和块体中Ti_3SiC_2的含量分别达到76.8 wt%和85.9 wt%,但Al含量过多时,球磨产物中Ti_3SiC_2的含量则会下降。     

MgO细粉加入量对Al_2O_3-Al-C不烧滑板材料性能的影响

以板状刚玉颗粒与细粉、α-Al_2O_3微粉、金属Al粉、MgO细粉和石墨为原料,酚醛树脂为结合剂,在加入4%(w) Al粉基础上,用0. 088 mm的MgO细粉等量替代刚玉粉,研究MgO细粉加入量(质量分数分别为0、1%、3%和5%)对Al复合Al_2O_3-C不烧滑板材料性能、组成和显微结构的影响。结果表明:不加MgO细粉时,金属Al与C和N2反应生成纤维状Al_4C_3和Al N而起增强增韧作用,材料具有较高的高温强度和优良的抗热震性。MgO细粉加入量为1%(w)时,材料保持较高的高温强度和优良的抗热震性,材料中有较多纤维状Al_4C_3和AlN生成。MgO细粉加入量≥3%(w)时,材料的高温强度和抗热震性明显下降,这是由于MgO与基体中Al_2O_3以及Al反应生成的Al_2O_3发生反应生成MgAl_2O_4膨胀,进而产生较多裂纹,同时Al_4C_3和Al N生成量明显降低。但随着MgO细粉加入量的增加,材料的抗氧化性提高,这是由于在试样外层形成MgAl_2O_4致密层,阻碍氧气向材料内部扩散。     

ZrO_2界面相对3D-Al_2O_3/Al_2O_3复合材料性能的影响

实验主要采用溶胶凝胶法(sol-gel)制备3D-Al_2O_3/Al_2O_3复合材料,并在纤维和基体之间制备ZrO_2界面相,通过三点弯曲实验分析材料的力学性能;通过扫描电镜观察破坏规律。研究表明,所制备的3D-Al_2O_3/Al_2O_3复合材料,其基体的主要成分为α-Al_2O_3,引入ZrO_2界面相的复合材料弯曲强度达到75.2MPa,与无界面相复合材料弯曲强度(62.3 MPa)相比提高了20.7%,无界面相Al_2O_3/Al_2O_3复合材料断口平整,呈现脆性断裂,存在ZrO_2界面相的Al_2O_3/Al_2O_3复合材料断口有大量纤维拔出,表现出类似金属断裂的假塑性断裂特征。     

无压烧结制备Ti–Al–C系三元层状陶瓷

以TiC粉、Al粉、Ti粉为原料,采用无压烧结工艺制备高纯Ti–Al–C三元层状陶瓷,探究了烧结温度、烧结时间、烧结助剂等对Ti–Al–C系三元层状陶瓷制备的影响。结果表明:在一定范围内提高烧结温度和烧结时间能减少杂质相的产生,不添加助剂情况下在1 400℃下保温3 h能得到80%(质量分数)以上的Ti–Al–C系三元层状陶瓷,该条件下掺入少量Si粉或Sn粉能得到高纯Ti–Al–C系三元层状陶瓷。TiC、Al、Ti和Si质量比为2.0:1.2:1.0:0.1的原料粉末在1 400℃保温3 h能得到纯度99%以上的Ti_3AlC_2陶瓷,TiC、Al、Ti和Sn质量比为2.0:1.2:1.0:0.1与TiC、Al、Ti和Sn质量比为1.0:1.2:1.0:0.1的原料粉末在1 400℃保温3 h均能制备出纯度99%的以Ti_3AlC_2为主晶相的Ti_3AlC_2/Ti_2AlC复相陶瓷。     

放电等离子烧结在钛铝碳表面反应合成氮化铝涂层

采用高纯Ti_3AlC_2粉体为原料,使用放电等离子烧结技术,制备了Ti_3AlC_2块体材料。通过在Ti_3AlC_2粉体上放置涂覆了BN粉体的石墨片,在Ti_3AlC_2块体表面形成了致密的Al N涂层。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)分析试样。研究结果表明,在1300℃保温15 min,压力为30 MPa,可烧结得到组织细小、致密的Ti_3AlC_2块体材料。层片状的Ti_3AlC_2晶粒长约10~20μm。样品表面的Ti_3AlC_2晶粒会发生分解,生成Ti C与Al。然后,Al与BN反应可形成致密的Al N涂层,厚度约为10μm。     

MgO在Al_2O_3-SiC-C-Si-Al体系中的高温反应

为了研究Al_2O_3-SiC-C材料与其他材料复合后的性能,在复合加入6%(w)的Al粉+Si粉的基础上,再分别加入质量分数为0、0.5%、1%、2%、4%和6%的电熔镁砂粉,以研究引入MgO对该复合材料热膨胀性和抗氧化性的影响,并探讨高温下MgO在Al_2O_3-SiC-C-Si-Al体系中可能发生的反应。结果表明:1)向Al、Si复合Al_2O_3-SiC-C材料中加入少量的镁砂粉后,MgO与C、Si、Al、SiC等发生反应生成Mg、CO等气体而导致材料结构疏松,降低了材料的抗氧化性;2)高温下,MgO与Al_2O_3以及由Si氧化生成的Si O2等形成复杂的多元体系,有大量的低熔点相生成,收缩效应明显,减弱了生成尖晶石所产生的膨胀效应。因此,必须严格控制镁砂粉加入量在2%(w)以下,才能使Al_2O_3-SiC-C材料保持优良的高温性能。     

Ti3SiC2/Al2O3复合材料的制备与性能研究

以TiC／TiO2/Si／Al／Ti等为主要原料，采用热压法原位合成Ti2SiC2／Al2O3复合材料，分别探讨了Al掺入量和工艺制度对Ti3SiC2/Al2O3复合材料物相、显微结构以及性能的影响。结果表明：原位合成制备的Ti3SiC2/Al2O3复合材料与传统方法合成制备的纯Ti3SiC2材料相比，材料的硬度和致密度均有很大的提高。     

放电等离子烧结Cu/Ti3AlC2的电性能及力学性能

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,使用放电等离子烧结制备Cu/Ti3AlC2复合材料,研究了不同烧结温度对复合材料的影响。结果表明,在750~800℃之间,Cu与Ti3AlC2之间会发生反应生成TiC相。同时随着温度在650~850℃不断增加,密度和抗弯强度不断增加在850℃达到最大值分别为8.33 g·cm^-3和531.4 MPa,而电阻率先减小在750℃达到最小值1.98×10^-7Ω·m后增加在850℃达到最大值6.47×10^-7Ω·m。Cu/Ti3AlC2复合材料性能随着温度的变化与其致密度和反应生成TiC有着密切的联系。     

酚醛树脂/Ti3C2TxMXene导电复合材料制备与性能

通过氢氟酸溶液刻蚀Ti3AlC2 MAX粉末制得Ti3C2TxMXene纳米片。然后,采用溶液共混的方法制备了酚醛树脂/Ti3C2TxMXene导电复合材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对其结构、微观形貌及性能进行表征。结果表明:Ti3C2TxMXene纳米片均匀分散在酚醛树脂里面,形成良好的导电通路。探讨Ti3C2TxMXene纳米片的用量对复合材料的导电性能和力学性能的影响。结果表明:酚醛树脂/Ti3C2TxMXene导电复合材料的电导率,冲击强度和拉伸强度随Ti3C2TxMXene纳米片含量的增加而逐渐增加;当Ti3C2TxMXene纳米片的含量为1.2%时,酚醛树脂/Ti3C2TxMXene导电复合材料的综合性能最优,此时酚醛树脂/Ti3C2TxMXene导电复合材料的电导率为4.36×104 S/m,冲击强度和弯曲强度分别为23.9 kJ/m2和65.9 MPa。     

热压法制备Al2O3/TiB2/AlN/TiN复合陶瓷

将金属Al,Al3Ti和TiB2以AlTiB中间合金的形式引入Al2O3基体材料中,利用热压法制备Al2O3/TiB2/AlN/TiN复合陶瓷.探讨了复合陶瓷致密化程度与AlTiB体积含量之间的关系.复合陶瓷在烧结过程中属过渡液相烧结.烧结过程中Al,Ti和N2(保护气氛)通过化学反应生成新相AIN和TiN.对热压烧结后材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度进行了测试和分析.分析了复合陶瓷的力学性能随AlTiB体积含量变化的规律.比较了复合陶瓷1500℃和1600℃的相对密度及力学性能.探讨了复合陶瓷断面断裂方式的变化对其力学性能的影响,并分析了AlTiB中间合金的细化特性.     

Lamellar structure and effect of Ti2AlC on properties of prepared in-situ TiAl matrix composites

TiAl matrix composites, reinforced with varying Ti₂AlC content levels, were synthesized by vacuum arc melting by use of Ti, Al and graphite powders as raw materials. The effects of varied Ti₂AlC content from 0 to 100 mol% on the phases, microstructures, fracture behaviors and mechanical properties of resulting products were analyzed. Phase transformation was characterized by X-ray diffraction (XRD) and microstructures were measured by scanning electron microscopy (SEM), equipped with energy-dispersive spectroscopy (EDS). Results show that the products are composed primarily of TiAl, Ti₃Al, Ti₂AlC and small amounts of TiC. The unreacted TiC phase is due mainly to evaporation of Al. The Vickers hardness value of TiAl matrix composite was increased by adding Ti₂AlC, while the TiAl/Ti₂AlC composite fracture behaviors were improved in terms of crack deflection, trans-lamellar cracking and extraction of carbide reinforcements.     

PP/纳米Al_2O_3复合材料及其发泡材料的制备与表征

用PP与纳米Al_2O_3熔融共混法制备复合材料,再用超临界CO_2间歇发泡法制备发泡材料,并对材料的结晶行为、力学性能、发泡行为和导热性能进行研究。结果表明,纳米Al_2O_3能提高复合材料的结晶和熔融温度,但会降低PP链段运动能力,当纳米Al_2O_3含量为7%时,复合材料的结晶度由纯PP的28.10%降至24.46%;纳米Al_2O_3具有刚性粒子的增强增韧协同效果,当纳米Al_2O_3含量为5%时,纳米Al_2O_3的骨架效应使得复合材料的拉伸强度达到33.9 MPa,继续提高其含量后复合材料的拉伸强度略微下降。由于纳米Al_2O_3的刚性粒子增韧效果,当纳米Al_2O_3含量达到7%时,复合材料的冲击强度可达到5.26 k J/m2。纳米Al_2O_3起到异相泡孔成核剂作用,加入5%的纳米Al_2O_3后,发泡材料的泡孔密度提高至2.18×107个/cm3,其热导率在纳米Al_2O_3含量为7%时达到0.107 W/(m·K)。     

Infiltration behavior of Cu and Ti fillers into Ti2AlC/Ti3AlC2 composites during tungsten inert gas (TIG)brazing

Herein we study the infiltration behavior of Ti and Cu fillers into a Ti₂AlC/Ti₃AlC₂MAX phase composites using a TIG-brazing process. The microstructures of the interfaces were investigated by scanning electron microscopy and energy dispersive spectrometry. When Ti₂AlC/Ti₃AlC₂ comes into contact with molten Ti, it starts decomposing into TiC_x, a Ti-richandTi₃AlC; when in contact with molten Cu, the resulting phases are Ti₂Al(Cu)C, Cu(Al), AlCu₂Ti and TiC. In the presence of Cu at approximately 1630 °C, a defective Ti₂Al(Cu)C phase was formed having a P63/mmc structure. Ti₃AlC₂ MAX phase was completely decomposed in presence of Cu or Ti filler-materials. The decomposition of Ti₂AlC to Ti₃AlC₂ was observed in the heat-affected zone of the composite. Notably, no cracks were observed during TIG-brazing of Ti₂AlC/Ti₃AlC₂ composite with Ti or Cu filler materials.     

Ti3AlC2陶瓷的制备及其摩擦磨损性能

以钛、铝、碳粉为反应物原料,采用反应烧结技术制备了Ti3AlC2陶瓷,研究了各工艺参数对制备试样物理性能的影响,同时也对其摩擦磨损性能进行了分析。实验结果表明：按照摩尔比x（Ti）：y（Al）：z（C）=3.0：1.2：2.0的配比进行反应烧结,在1 300℃烧结0.5 h,能够制备出高纯致密的Ti3AlC2陶瓷,其质量含量高达94.6%,孔隙率为9.4%。当烧结温度过低时,得到的Ti3AlC2陶瓷含量较低,且杂质较多;当烧结温度过高时,会导致Ti3AlC2陶瓷发生分解反应。当载荷较小时,Ti3AlC2陶瓷磨损以磨损面的解理流变和粒子脱落造成的磨粒磨损为主;而载荷较大时,其磨损机理以轻微划痕和轻微黏着磨损为主。     

氧化铝—莫来石—氧化锆复合材料的研究

本文以氧化铝和锆英石超细粉为主要原料,添加一定量CeO_2采用干压成型和二步烧结法,制备了氧化铝—莫来石—氧化锆复合材料,并探讨了组成与性能的关系,复合材料的常温抗弯强度和断裂韧性可分别达到430MPa和4.4MPa.m。Y_2该复合材料的常温力学性能优于烧结莫来石和氧化铝材料,且具有制备工艺简单、烧结温度和成本低的特点,适于批量生产某些陶瓷制品。     

Ti_3AlC_2陶瓷的热压合成

以TiC-Ti-Al为反应体系,采用原位热压技术制备Ti3AlC2陶瓷。借助XRD分析相组成,并对实验现象进行分析。结果表明,TiC的加入,避免了Ti和C粉之间强烈的放热反应。通过降低初始压坯尺寸抑制了"热爆行为",有利于合成高纯Ti3AlC2。用大压坯时,"热爆行为"明显,产物由Ti3AlC2、TiC和Ti3Al相组成,Ti3AlC2含量少;用小压坯时,未发生"热爆行为",产物由Ti3AlC2和TiC相组成,Ti3AlC2相含量较高。