绝热温度对超重力场燃烧合成TiC-TiB2组织及性能的影响

通过在(Ti+B4C)体系中引入相应含量的(CrO3+Al)高能铝热剂,采用超重力场燃烧合成,在不同绝热温度下制备出具有不同含量Cr基合金相的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM和EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷主要由TiB2片晶与不规则的TiC晶粒组成,少量的Al2O3夹杂颗粒孤立地分布于陶瓷基体上,而Cr基合金相则分布于TiB2片晶与不规则TiC晶粒周围。增加燃烧合成绝热温度,因增加了陶瓷熔体中的Cr基合金相含量,不仅促进陶瓷致密化,而且促使陶瓷凝固组织细化,使得TiB2片晶诱发的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及Cr基合金相所引起的延性相增韧随之增强,进而使陶瓷断裂韧度与抗弯强度增大。     

TiC-TiB2陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢超重力场燃烧合成焊接研究

采用超重力场燃烧合成技术,通过在燃烧体系底部放入一定厚度的1Cr18Ni9Ti不锈钢板,在制备高性能TiC-TiB2凝固陶瓷的同时,实现了陶瓷—不锈钢的部分熔化扩散焊,进而制备出了陶瓷—金属层状复合材料.经FESEM观察,陶瓷—不锈钢之间存在原子互扩散现象,在扩散过渡层区形成了富钛碳化物呈相间分布且细小的TiB2镶嵌其上的凝固组织.同时,在陶瓷侧存在Al2O3夹杂.     

绝热燃烧温度对TiC-TiB2复合陶瓷物相及组织的影响

以B4C粉、Ti粉、CrO3粉以及Al粉为原料,采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷.XRD、FESEM与EDS结果表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由片状的TiB2晶粒构成,同时在TiB2基体间还分布着少量不规则的TiC,(Ti,Cr,Al)C1-x及Al2O3残余夹杂物.随着绝热燃烧温度的升高,Al2O3的含量先减少后增加,(Ti,Cr,Al) C1-x的含量逐渐增加,TiB2与TiC的含量基本不变.     

绝热燃烧温度对TiC-TiB2复合陶瓷力学性能的影响

以B4C粉、Ti粉、CrO3粉以及Al粉为原料,采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷.力学性能测试表明,不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷的相对密度均达到了96％以上,当绝热燃烧温度分别为3 500℃和3 600℃时,陶瓷的维式硬度和断裂韧性分别达到最高的18.4 GPa和14.7MPa·m-0.5.     

TiC-TiB2复相陶瓷的自蔓延高温合成研究

以Ti、B和C粉末为原料,采用SHS/PHIP工艺制备了不同组份的TiC-TiB2复相陶瓷,通过试验研究了复相陶瓷的微观结构特征和力学性能.结果表明,SHS反应产物纯净,TiC-TiB2复相陶瓷中只有TiC和TiB2两相存在;随着TiB2含量的增加,复相陶瓷中TiC颗粒尺寸变小,而TiB2颗粒有异常长大现象;TiC-TiB2复相陶瓷的相对密度、硬度和横向断裂强度均随TiB2含量的增加呈先增后减趋势;当TiB2与TiC的重量比为60%时,该复相陶瓷的横向断裂强度和断裂韧度分别为576MPa和5.45MPa·m1/2,而相对密度达到99.4%.     

Cr对超重力场燃烧合成TiC-TiB_2复合陶瓷凝固行为的影响

采用超重力场燃烧合成技术,以Ti+B4C为主反应体系,同时辅以不同含量的CrO3+Al增强体系,制备出不同Cr含量的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,所得TiC-TiB2复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶、TiC球晶构成,富Cr金属相多与TiB2片晶交织在一起。随着CrO3+Al含量增加,体系绝热温度升高,TiC-TiB2复合陶瓷中富Cr金属相体积分数逐渐增加。分析认为,超重力场下燃烧反应完成后,得到Ti-Cr-C-B合金液相,在冷却凝固过程中,TiC率先形核析出,TiB2随后析出,Cr及少量未反应Ti最后析出,并对TiB2片晶形成的骨架结构进行补缩,从而提高了TiC-TiB2复合陶瓷的致密性。     

钛酸钡陶瓷粉末的低温燃烧合成

以Ba (NO₃)₂-TiO₂-C₆H₇O₈·H₂O为体系,在600℃加热进行低温燃烧合成实验,制得粒度为1.2~.4 μm的四方相BaTiO₃陶瓷粉体.结果表明燃烧的均匀程度对燃烧产物的相组成和微观结构有很大的影响.通过热力学分析,提出低温燃烧合成BaTiO₃陶瓷粉末的形成机理.     

Nb、Al协同合金化MoSi_2材料的燃烧合成与组织结构

以Mo、Nb、Si、Al元素粉末为原料,采用燃烧合成法制备名义成分分别为(Mo0.97Nb0.03)(Si0.97Al0.03)2、(Mo0.94Nb0.06)(Si0.97Al0.03)2、(Mo0.91Nb0.09)(Si0.97Al0.03)2与(Mo0.88Nb0.12)(Si0.97Al0.03)2等4种不同化含量的合金,研究其燃烧合成行为,分析燃烧合成过程中粉末压坯的燃烧模式、燃烧温度、燃烧波前沿蔓延速率以及产物组成。结果表明:随Nb含量增加,燃烧合成反应模式由螺旋燃烧逐渐转变为稳态燃烧。添加Nb、Al后,合金的最高燃烧温度升高,并随Nb含量增加呈现先升高后降低的变化趋势,其中(Mo0.91Nb0.09)(Si0.97Al0.03)2的燃烧温度最高,达到1 924 K,但燃烧波蔓延速率随Nb含量增加而逐渐降低。XRD结果表明:(Mo0.97Nb0.03)(Si0.97Al0.03)2合金主要由MoSi2构成,含有少量Mo(SiAl)2和Mo5Si3;(Mo0.94Nb0.06)(Si0.97Al0.03)2中开始出现NbSi2相,(Mo0.91Nb0.09)(Si0.97Al0.03)2和(Mo0.88Nb0.12)(Si0.97Al0.03)2合金中Mo5Si3的衍射峰强度进一步降低,而NbSi2的衍射峰略有增强,因而添加Nb有利于形成C40结构的NbSi2,同时抑制Mo5Si3的产生。SEM观察表明合金为多孔结构。     

燃烧合成氮化硅的动力学分析

用2种方法研究了燃烧合成氮化硅的动力学.Si₃N₄的燃烧波蔓延速度为0.097～0.13cm·s^-1,燃烧区宽度为0.54cm,用燃烧波速法测得其激活能为75.4kJ/mol.确定了不同燃烧时间的反应转化率和转化程度,并据此计算出燃烧合成Si₃N₄的激活能为54.3kJ/mol·2种方法计算的激活能数值相差约30%,说明燃烧合成氮化硅过程存在明显的后燃烧现象.随稀释剂质量分数的增加,最高燃烧温度降低,热扩散系数略有增加.加入气相传输剂,能够降低燃烧波速,提高燃烧合成Si₃N₄动学阶段的激活能.     

复合弯管燃烧合成的自动化设备设计与应用

根据铝热－重力分离SHS法制备复合弯管的原理,设计制造了一种燃烧合成复合弯管的自动化生产设备。以89C52单片机为核心智能部件,采用光纤光电传感器进行自动检测,步进电机作为执行电机进行模糊控制,实现了陶瓷内衬复合弯管的工业自动化生产。所制备的复合弯管内衬陶瓷壁厚均匀,组织性能满足要求。     

燃烧合成Al2O3/YSZ复合陶瓷显微结构、强化与原位增韧

通过在铝热剂中引入ZrO2与Y2O3混合粉末,借助燃烧合成及远离平衡态下的共晶生长,制备出以t-ZrO2纳微米纤维成排镶嵌于其上、长径比为12.0～15.0且具有不同生长取向的Al2O3棒晶为基体的Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷.相比于定向凝固Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷,因本试验具有的高共晶生长速率,导致Al2O3棒晶上的ZrO2正方相纳微米纤维平均尺寸及相间距均下降至150nm,使棒晶基体上的残余压应力高于定向凝固Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷,从而在棒晶内高密度低能异相界面的支持下,复合陶瓷得以强化;同时,也正因高强度棒晶及高密度、大角度晶界的存在,在裂纹扩展中诱发棒晶裂纹桥接、拔出及α-Al2O3片晶摩擦互锁增韧机制,材料又得以明显韧化,其断裂韧度高出定向凝固共晶复合陶瓷172%～240%.     

燃烧合成TiB2-Cu-Ni金属陶瓷二次热压行为研究

采用燃烧合成技术制备了相对密度为90％左右的TiB2—40Cu-8Ni金属陶瓷复合材料。为进一步提高复合材料的力学性能，首先研究了TiB2—40Cu金属一陶瓷高温压缩弹塑性变形行为，证明了高陶瓷体积分数下金属陶瓷在高温环境中具有一定的塑性行为；然后分别在1200℃、1250℃、1300℃温度下对复合材料进行二次热压，详细研究了TiB2—40Cu-8Ni复合材料液一固两相区间的变形行为、组织特征及力学性能的变化。结果表明：经过二次热压后，材料的相对密度和抗弯强度有了较大幅度的提高，在1300℃时，材料的相对密度提高了5％，抗弯强度达到608MPa。复合材料中TiB2颗粒的形貌也发生了改变，大部分由原来的等轴状转变为长棒状，同时根据TiB2晶体结构特征，分析了复合材料中TiB2的生长机制。     

Al含量对燃烧合成Ti_3AlC_2的影响

以Ti、Al和C为原料,研究了Ti∶C＝2∶1(摩尔比)时,不同Al含量(27%、33%、38%)对燃烧合成Ti3AlC2的影响.结合热力学原理和Ti-Al-C相图讨论了Al含量对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理.结果表明,Al含量对燃烧合成Ti3AlC2的影响较大,产物中的主相都是Ti3AlC2,但杂相不同,即Al含量较低时杂相为TiC;Al含量较高时杂相为Al3Ti,当Al含量为33%时合成的Ti3AlC2的纯度最高.     

贮氢合金Mg2Ni的燃烧合成

研究了燃烧合成贮氢合金Mg2 Ni的可行性以及保温时间和保温温度对合成产物的影响。结果证实燃烧合成了Mg2 Ni,并且确定Mg Ni的压坯试样的点火温度与Mg Ni系的共晶温度 (5 0 6℃ )很接近。     

Al－TiB_2自生复合材料的燃烧合成研究

研究了Ａｌ－ＴｉＢ＿２体系的燃烧合成过程。用粉末（Ａｌ、Ｔｉ、Ｂ）通过燃烧方法制备（Ａｌ－ＴｉＢ＿２）自生复合材料，采用ＤＴＡ、ＸＲＤ和ＳＥＭ技术对复合材料的形成和结果进行分析研究。得到如下结果：分别用８０％Ａｌ＋２０％（Ｔｉ＋２Ｂ）、９０％Ａｌ＋１０％（Ｔｉ＋２Ｂ）原料粉末，通过燃烧合成可得到Ａｌ－ＴｉＢ＿２，制备过程中产生少量ＴｉＡｌ＿３，Ａｌ基体与ＴｉＢ＿２结合紧密，无明显界面存在。     

2 000 MPa高强度钢的超高周疲劳破坏行为

通过USF-2000超声波疲劳试验机研究了500 kg真空感应炉+电渣重熔冶炼的2000 MPa高强度钢(%:0.45C、2.0Si、0.9Cr、0.001S、0.005P、0.026Al、0.001 5O、0.002 8N)在共振频率20 kHz、载荷比R=-1,共振间隙150 ms时的超高周疲劳破坏行为。结果发现,疲劳裂纹大部分起源于钢中非金属夹杂物(夹杂平均尺寸12.3μm),钢的疲劳强度和寿命随夹杂物增大而降低;内部夹杂物引起的疲劳破坏往往呈鱼眼型;随疲劳断口裂纹源夹杂物处应力场强度因子ΔK_inc的减小,钢的疲劳寿命N_f增加。     

PEG对溶液燃烧合成超细ZrO_2粉末的影响

以硝酸锆-尿素为原料,采用溶液燃烧合成法制备了超细ZrO2粉末,着重考察了聚乙二醇(PEG)对溶液燃烧合成过程及合成产物的影响.结果发现,在前驱体溶液中添加PEG,不改变合成ZrO2粉末的晶型结构,但可以明显改善合成粉末的分散性.因此,PEG可以作为溶液燃烧合成超细ZrO2粉末的有效分散剂.而且,在前驱体溶液中采用大小分子量匹配加入的方式,可使PEG的分散作用效果得到更好的发挥,从而可合成分散性好、粒径小于 100nm的ZrO2粉末材料.     

Mg2Cu3Si三元Laves相的燃烧合成

采用机械活化/自蔓延燃烧合成的方法制备了新型Mg2Cu3Si三元Laves相,利用DTA-TG方法对燃烧过程进行了分析,并利用XRD、SEM等分析测试手段对产物进行表征.结果表明:燃烧产物主要为Mg2Cu3Si和MgCu2,晶粒尺寸在53.5～73.9nm之间;燃烧反应的最佳工艺参数为球磨转速150r/min,球磨活化10h,预热温度为260℃;燃烧反应放热温度达700～740℃,烧结体致密度随产物中MgCu2含量的增加而提高;固溶的Cu和Mg原子主要占据Mg2Cu3Si晶格中Si原子的位置,从而引起X射线衍射峰位的左移以及晶格参数偏大;DTA分析表明,过量的Cu提高燃烧反应的初始温度,900℃以下时产物Mg2Cu3Si三元Laves相具有好的稳定性.     

ZrO2(Y2O3)对燃烧合成A12O3/YSZ自生复合陶瓷显微结构与力学性能的影响

在铝热剂中引入不同量ZrO2(3Y)微米粉末,以燃烧合成技术,制备出A12O3/10%、17%、21%、27%、33%ZrO2(3Y)系列成分自生复合陶瓷棒材.XRD分析与SEM观察显示:具有亚共晶成分的陶瓷熔体因以离异共晶方式生长,使得凝固后的陶瓷基体主要由α-A12O3片晶、t-ZrO2枝晶或块晶组成;而随ZrO2(3Y)添加量的增多,陶瓷晶体生长方式又由离异共晶向共生共晶生长发生转化,共晶棒晶体积分数增多,使得A12O3/33%ZrO2(3Y)的陶瓷基体以微米、亚微米t-ZrO2纤维镶嵌其上的A12O3共晶棒晶和少量α-A12O3片晶构成.经力学性能测试,系列陶瓷棒材的硬度与断裂韧度随ZrO2(3Y)添加量增多而逐渐升高,陶瓷棒材硬度最高值达15.7GPa,断裂韧度最高可达10MPa·m1/2.