TiB2-TiC复相陶瓷的结构与性能研究

TiB₂-TiC复合粉制备的TiB₂-TiC复相陶瓷的相对密度达99.8%,硬度为 93.2HRA,断裂韧性为5.53MPa·m1/2。显微结构研究表明:TiB₂-TiC烧结体体内的位错和残余气孔影响材料性能。复合粉烧结体晶粒尺寸细小,大小分布均匀,晶粒之间界面干净,无杂质沉积,烧结体中TiB₂和TiC两相界面接合处元素B,C,Ti的含量存在梯度变化,都有利于烧结体性能提高。TiB₂晶粒生长存在取向性。     

La2O3-TiC/W复合材料组织结构与力学性能

采用真空热压烧结法制备La₂O₃-TiC/W复合材料,并对其组织结构和力学性能进行了研究。结果表明：在一定成分范围内,La₂O₃和TiC的加入提高了复合材料的力学性能,La₂O₃和TiC共同作用时的强化效果强于La₂O₃和TiC单独作用的强化效果,但La₂O₃-TiC/W复合材料的密度和相对密度随TiC含量的增加而下降,并进而影响硬度和弹性模量的提高, 适量的La₂O₃有益于相对密度的提高;抗弯强度在1%La2O3 5%TiC/W成分含量时出现最大值901MPa,而断裂韧性在成分含量为0.5%La₂O₃-10%TiC/W时出现最大值10.07MPa·m1/2。本研究中,1%La₂O₃-5%TiC/W成分配比时具有较好的综合力学性能。La₂O₃-TiC/W复合材料的强化机制为细晶强化和载荷传递,韧化机制为细晶韧化、裂纹偏转和桥接。     

超临界流体干燥法制备TiO2/ Fe2O3 和TiO2/ Fe2O3/ SiO2 复合纳米粒子及光催化性能

以TiCl₄ 、Fe (NO₃ )₃·9H₂O 和Na₂SiO₃19H₂O 为原料, 采用溶胶凝胶法结合超临界流体干燥法(SCFD)制备了纳米级TiO₂/ Fe₂O₃ 和TiO₂/ Fe₂O₃/ SiO₂ 复合光催化剂。以光催化降解苯酚对所得催化剂的催化活性进行了评价。结果表明, 纳米TiO₂/ Fe₂O₃ 复合粒子与单组分TiO₂ 比较, 复合粒子光催化活性高于单组分的TiO₂, 6h 苯酚降解率高达95.9 %。SiO₂ 的加入可以抑制纳米粒子粒径的长大和晶相的转变, 增强TiO₂ 纳米粒子的热稳定性。复合光催化剂中Fe₂O₃ 最佳掺入量为0.06 %, SiO₂ 最佳掺入量为10 %(摩尔分数) 。并用XRD、TEM 和FTIR 等手段进行了表征。TiO₂ 以锐钛矿型形式存在, SiO₂ 以无定性形式存在。比较了不同制备方法制得的TiO₂/ Fe₂O₃ 复合光催化剂, 得出超临界干燥法制备的光催化剂具有粒径小、比表面积大、分散性好、光催化活性高等特点。采用超临界流体干燥可直接得锐钛型纳米复合光催化剂。     

原位生成TiB2/ZA27复合材料的制备与性能

以Al熔液为载体,采用原位反应生成形状规则、尺寸细小的TiB₂颗粒相,再将TiB₂颗粒传递到ZA27合金中,形成TiB₂颗粒增强的ZA27复合材料。采用合理的熔炼工艺促进了TiB₂颗粒在基体中的均匀分布。实验结果显示,TiB₂颗粒在ZA27复合材料中,分布均匀,平均直径在3 μm以下。TiB₂颗粒的加入使得复合材料的晶粒明显细化,并随着TiB₂颗粒含量增加,复合材料的抗拉强度、硬度明显提高,2.1%TiB₂/ZA27复合材料与基体合金相比室温抗拉强度提高13%、布氏硬度提高21%,弹性模量也有所提高,在强度、硬度及弹性模量提高的同时,材料的塑性并未恶化,延伸率略有提高,另外,材料的热膨胀系数随着TiB₂颗粒的加入有所降低。     

烧结助剂对反应热压烧结B4C基复合材料性能的影响

以微米级B₄C粉体为原料,通过与TiO₂葡萄糖原位反应制备TiB₂颗粒增韧B₄C复合材料。研究了烧结温度和烧结助剂对材料烧结行为及力学性能的影响。在1950℃反应热压下获得了相对密度为97.7%的TiB₂/B₄C复合材料,断裂韧性达到5.3 MPa·m1/2。添加Al₂O₃和Si烧结助剂后,分别在1950℃和1900℃ 获得了接近致密的(TiB_2,Al₂O₃)/B₄C和(TiB_2,SiC)/B₄C复合材料,断裂韧性分别提高到7.09和6.35 MPa·m1/2。显微组织分析表明,增韧作用主要来自残余应力引起的裂纹偏转。     

高能球磨及热挤压对Al-Ti-B细化剂纳米TiB2颗粒分散性与细化性能的影响

为获得高晶粒细化性能的Al-Ti-B细化剂,本文利用高能球磨法在微米Ti粉上负载纳米TiB₂颗粒制备了Ti/TiB₂粉末细化剂,并采用热挤压工艺制备了杆状Al-Ti-B细化剂,对比分析了两种细化剂的晶粒细化性能及机理。研究表明:高能球磨可将纳米TiB₂颗粒均匀负载分散在微米Ti粉表面,使工业纯铝的平均晶粒尺寸细化至74.6 μm;热挤压则使细化剂致密化,微米Ti粉及纳米TiB₂颗粒在铝基体中分布更加均匀,可将工业纯铝的平均晶粒尺寸进一步细化至58.4 μm,获得最佳细化效果,并使细化剂的抗衰退性能提高。机理分析表明,随着细化剂中纳米TiB₂颗粒的分散性提高、团聚现象减缓,其在铝熔体中的沉降速度缓慢,对晶粒的形核促进作用、长大抑制作用更充分,是热挤压Al-Ti-B细化剂对工业纯铝有优异晶粒细化效果的关键。     

ZrO2在β"─Al2O3复合陶瓷中的作用

本文研究了四方和立方ZrO₂在与Na-β"-Al₂O₃的复合陶瓷中作为第二相所起的各种作用。结果说明ZrO₂对复合陶瓷具有细化晶粒、改善显微结构、提高强度和断裂韧性的作用,与此同时也在一定程度上降低离子电导率。在提高力学性能方面,四方ZrO₂除了具有与立方ZrO₂相同的弥散颗粒的作用外,相变所起的作用也是很显着的。ZrO₂-Na-β"-Al₂O₃复合陶瓷是一种有应用价值的固体电解质材料。     

Y2O3添加量对Al2O3/ZrO2共晶陶瓷显微组织及力学性能的影响

为探索第三组元Y₂O₃添加对Al₂O₃/ZrO₂共晶陶瓷显微组织与机械性能的影响,本文利用低温度梯度的高温熔凝法制备了直径为20 mm的Al₂O₃/ZrO₂(Y₂O₃)共晶陶瓷块体,采用SEM、EDS及XRD技术对共晶陶瓷进行微结构分析,并利用维氏压痕法对其硬度和断裂韧性进行测试。SEM结果表明,凝固组织由群集的共晶团结构组成,随着Y₂O₃添加量的增加,共晶团形态由胞状转变为枝晶状,内部相间距在1~2 μm范围内变化。力学测试表明,Y₂O₃摩尔分数小于1.1%时,由于组织内部存在低硬度m-ZrO₂及微裂纹缺陷,故陶瓷硬度较低,约为(9.53±0.22 )GPa;当Y₂O₃摩尔分数为1.1%时,陶瓷硬度最大,约为(18.05±0.27)GPa;当Y₂O₃的摩尔分数大于1.1%时,由于共晶团边界区内气孔缺陷及粗大组织增多,引起陶瓷硬度值略有下降。低Y₂O₃摩尔分数添加时,陶瓷断裂韧性相对较高,约为(6.30±0.16)MPa·m^1/2,这与其内部存在大量微裂纹缺陷有关;随着Y₂O₃添加量的增加,陶瓷的微裂纹数量减少、边界区内缺陷增多,断裂韧性降低。     

原位生成Al2O3/Cu复合材料的新工艺

采用一种新型工艺制备了Al₂O₃/Cu复合材料。高能球磨制备亚稳态的Cu-0.8 wt% Al合金粉,再将Cu₂O粉与其一起进行高能球磨,然后将复合粉末压坯在真空炉中同时进行氧化和烧结。该工艺省略了还原剩余Cu₂O的环节,氧化和烧结时间仅为1 h。生成的Al₂O₃的粒径约250nm,颗粒间距约500 nm,均匀弥散分布;该材料冷加工后性能接近SCM制品性能。该配比的Al₂O₃/Cu复合材料的热稳定性良好,在800℃下循环冷淬20次无裂纹;软化温度为700℃。     

电场激活燃烧合成( TiB2)PNi/Ni3Al/ Ni功能梯度材料

采用电场激活压力辅助合成技术(FAPAS)制备了(TiB₂)_PNi/(TiB₂)_PNi₃Al/Ni₃Al/Ni梯度材料,主要研究电场激活燃烧合成过程中电场对材料合成及层界面扩散连接的作用。分析了梯度材料各层的界面微观组织及相组成和材料的硬度分布。结果表明,采用FAPAS 技术结合机械合金化工艺制备的(TiB₂)_PNi/(TiB₂)_PNi₃Al/Ni₃Al/Ni 功能梯度材料具有快速、简便和组织均匀密实的特点。梯度材料的陶瓷复合层、Ni₃Al层和Ni板的界面区产生成分的互扩散,形成了良好的冶金结合。从Ni板到陶瓷复合层的硬度呈梯度分布。     

TiB_2粉料的还原合成与酸洗纯化研究

用SHS还原合成法合成了TiB2 混合粉料 ,并通过酸洗处理获得了高纯TiB2 粉料。研究了合成过程和酸洗条件对TiB2 纯度的影响 ,对合成粉料酸洗过程进行了热力学分析。试验结果表明 ,TiO2 B2 O3 Mg三元系统的化学反应由两部分组成 ,第一部分由金属Mg还原出B和Ti单体 ,第二部分由这两种单体化合反应生成TiB2 。TiB2 粉料的纯度主要取决于酸洗条件。提高盐酸浓度、增加酸过量和延长酸洗时间可以提高TiB2 粉料的纯度 ,而升高酸洗温度还可以大大加快酸洗速度。     

TiC-TiB2 复相陶瓷涂层的反应火焰喷涂制备

基于SHS 反应火焰喷涂技术, 采用Ti-B₄C-C 喷涂体系, 在钢基表面制备了TiC- TiB₂ 复相陶瓷涂层。通过对SHS 火焰喷涂陶瓷涂层的电子显微观察和X射线衍射及能谱分析, 探讨了SHS 反应火焰喷涂TiC- TiB₂复相陶瓷涂层的组织结构及成因。研究发现, 涂层是一种复相非均质、传统热喷涂层状涂层特征不明显的亚稳结构。涂层由占主体的TiC_0.7N_0.3 、TiC_0.2N_0.8 、TiB₂ 相和少量TiO₂ 、Ti₂O、Ti₃O₅ 相及气孔组成。涂层中有三类特征各异的组织, 即尺度在微2纳米级呈团簇状分布的组织, 尺寸在1～3μm 之间呈等轴状颗粒分布的组织和呈深黑色的不规则气孔。三类组织是由在喷涂粒子与基材接触之前, 喷涂团聚粉粒经飞行燃烧和反应合成形成的熔融陶瓷液滴(又分为实心和空心两类) 和不规则陶瓷颗粒(其形状与原喷涂团聚颗粒一样, 但组织结构已发生转变,基本成为陶瓷相) 与基材碰撞变形、冷却凝固、快速结晶形成的。      

Ti合金插层厚度对反应连接TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度复合材料的影响

将Ti合金插层引入(Ti+B_4C)反应原料和Ti合金底板之间,研究Ti合金插层厚度变化对超重力反应连接TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度复合材料界面显微组织与力学性能的影响。热力学计算表明:合成反应的绝热温度远超Ti合金的熔点,可以保证不同厚度的Ti合金插层全部熔化。XRD、FESEM及EDS分析结果表明:在陶瓷和Ti合金底板之间形成梯度界面区,且随着Ti合金插层厚度的增加,梯度界面区的厚度也不断增大。自陶瓷基体至Ti合金底板,TiB_2和TiC_(1-x)的体积分数不断减少,而TiB的体积分数先增加而后减少,最终形成以TiB_2、TiC_(1-x)及TiB陶瓷相尺寸和分布为特征的梯度复合结构。而梯度连接区的硬度分布趋势更加平缓,其剪切强度不断提升。     

Kinetics and phase evolution during carbothermal synthesis of titanium carbide from ultrafine titania/carbon mixture

The kinetics and phase evolution of the TiC formation process by carbothermal reduction of ultrafine titania/carbon mixture were investigated using thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and oxygen analysis. Titania (TiO2) first lowered its oxidation state to Ti3O5 via an unidentified phase (possibly one of the Magneli phases). Then Ti3O5 was further reduced to Ti2O3, followed by the formation of titanium oxycarbide (TiCxOy) phase and its purification toward high purity TiC thereafter. Ti2O3 was the oxide phase with the lowest oxidation state before forming TiCxOy phase. In the isothermal TGA trace, the formation of Ti3O5 showed a diffusion-controlled process; possibly carbon diffusion limited the solid state reaction. The formation of Ti2O3 and TiCxOy was interpreted to be associated with CO gas-assisted reduction reaction, based on constant reaction rate for each process. The activation energy for the formation of Ti2O3 (from Ti3O5) and TiCxOy (from Ti2O3) phase were calculated to be 415.6 and 264.3 kJ mol-1, respectively. The TiC powder synthesized at 1550 °C for 4 h in flowing argon atmosphere showed fine particle size (0.3–0.6 m) with oxygen content of 0.7 wt % and lattice parameter of 0.4328 nm while interparticle agglomeration was moderate. © 1998 Chapman & Hall.     

自蔓延冶金法制备 TiB2微粉的生长机理研究

采用自蔓延冶金法制备了TiB2微粉．对相关的反应体系进行了DTA分析，并采用XRD、扫描电镜以及粒度分布技术对燃烧产物及浸出产物进行了分析和表征．结果表明：Mg-B2O3．TiO2之间的反应为固-液-液-固反应机制；燃烧产物主要有TiB2和MgO，以及少量的Mg2TiO4和Mg3B2O6等相组成；随着压样压力增加，TiB2颗粒变小，添加MgO，TiB2颗粒亦减小，添加TiB2，TiB2颗粒则明显增大．结合扫描电镜分析了燃烧产物的微观结构以及微观区域形成的原因，确定了TiB2生长机制为一种在颗粒间生长，另一种在颗粒内部形成．     

微波烧结TiC/Ti6Al4V复合材料的高温氧化行为

采用微波烧结法制备TiC/Ti6Al4V复合材料,研究TiC/Ti6Al4V复合材料在550、650和750℃空气中的恒温氧化行为,并对氧化膜的表面、截面形貌及相组成进行了分析。结果表明:TiC/Ti6Al4V复合材料由TiC、ɑ-Ti+β-Ti三种物相组成。随着氧化温度的增加,TiC/Ti6Al4V复合材料的氧化规律由抛物线型转变为直线型,在650℃温度以下,复合材料的氧化产物主要由TiO_2组成,而750℃时氧化层主要有外层极薄的TiO_2、中间层Al_2O_3和TiO_2混合区及大部分内层TiO_2三部分组成。随着TiC含量增加,氧化激活能增大,氧化物粒径减小,TiC/Ti6Al4V复合材料的抗氧化性能也越好。     

Fabrication of (TiB/Ti)-TiAl composites with a controlled laminated architecture and enhanced mechanical properties

The(TiB/Ti)-TiAl composites with a laminated structure composing of alternating TiB/Ti composite layers,α₂-Ti₃Al interfacial reaction layers of andγ-TiAl layers were successfully pre pared by spark plasma sintering of alternately stacked Tib₂/Ti powder layers and TiAl powder layers.And the influence of thickness ratio of Tib₂/Ti powder layers to TiAl powder layers on microstructure evolution and mechanical properties of the re sulting(TiB/Ti)-TiAl laminated composites were investigated systemically.The results showed that the thickening ofα₂-Ti₃Al layers which originated from the reaction of Ti and TiAl was significantly hindered by introducing Tib₂particles into starting Ti powders.As the thickness ratio of Tib₂/Ti powder layers to TiAl powder layers increased,the bending fracture strength and fracture toughness at room temperature of the final(TiB/Ti)-TiAl laminated composites were remarkably improved,especially for the(TiB/Ti)-TiAl composites prepared by Tib₂/Ti powder layers with thickness of 800μm and TiAl powder layers with thickness of 400μm,whose fracture toughness and bending strength were up to 51.2 MPa·m^1/2and 1456 MPa,respectively,293%and 108%higher than that of the monolithic TiAl alloys in the present work.This was attributed to the addition of high-performance network TiB/Ti composite layers.Moreover,it was noteworthy that the ultimate tensile strength at 700℃of(TiB/Ti)-TiAl composites fabricated by 400μm thick Tib₂/Ti powder layers and 400μm thick TiAl powder layers was as high as that at 550℃of network TiB/Ti composites.This means the service temperature of(TiB/Ti)-TiAl laminated composites was likely raised by 150℃,meanwhile a good combination of high strength and high toughness at ambient tempe rature could be maintained.Finally,the fracture mechanism of(TiB/Ti)-TiAl laminated composites was proposed.     

一种新型陶瓷材料及其耐磨性

对新型Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－Ｃｏ陶瓷的磨粒磨损，冲蚀磨损及其在单颗粒作用下的摩擦磨损行为进行了研究。与ＡＴ３０（７０ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３－３０ｗｔ％ＴｉＣ）陶瓷相比，Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－Ｃｏ陶瓷具有更为良好的耐磨性，金属钴的存在提高了基体的韧性，细化了晶粒，其综合力学性能得到了显著提高，ＡＴＣ陶瓷样品耐磨性与其强韧化水平和细致的组织结构有关。     

高活性锆钛酸铅压电陶瓷粉体的合成及其烧结性能研究

以Pb3O4、ZrO2和TiO2为原料,采用冲击波加载技术合成锆钛酸铅Pb(Zr0.95Ti0.05)O3粉体,并对粉体活性和烧结特性进行XRD和SEM表征,研究结果表明,利用冲击波的高温高压作用可以合成单一钙钛矿相锆钛酸铅粉体,合成粉体产生了细化并存在一定程度的晶格畸变,有利于增强粉体活性,促进了低温活化烧结,也显著地改善了陶瓷的烧结性能,在常压下1200℃烧结150min得到了密度达到7.83g/cm3的锆钛酸铅95/5陶瓷体,比传统固相法制备的粉体烧结温度降低了100℃左右,且得到的陶瓷体晶粒形状、大小均匀。