Ti_2AlC陶瓷增强TiAl基材料的研究

国内外很多学者用自蔓延高温合成法、自蔓延高温合成同电弧熔炼铸造技术相结合法、放电等离子烧结等方法合成了TiAl/Ti2AlC复合材料。最近,作者以Ti、Al、TiC粉为原料,用原位热压的方法合成了该复合材料。本文综述了TiAl/Ti2AlC复合材料的几种制备方法、力学及抗氧化性能的研究情况。     

自蔓延高温合成Ti3AlC2 和Ti2AlC及其反应机理研究

以Ti,Al和C的粉体混合物为原料,在纯氩气气氛,25MPa压力,1600℃保温4h条件下,自蔓延高温合成了Ti3AlC2和Ti2AlCT,利用X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜（SEM）等手段对反应产物进行了研究,提出了自蔓延高温合成Ti3AlC2和Ti2AlC应具备的条件,并探讨了Ti,Al和C自蔓延高温合成Ti3AlC2和Ti2AlC的反应机理,结果表明,Ti3AlC2和Ti2AlC能够由Ti,Al和C元素经高温自蔓延合成反应来制备,其制备的必要条件是需要极快的加热速率以防止铝熔化并且改变钛的转移路线,Ti3AlC和Ti2AlC综合了金属材料和陶瓷材料的优点,成功的应用自蔓延高温方法合成Ti2AlC2和TiAlC必将成为该类材料纯块体的合成和制备提供好的原料,从而这类材料的实际应用将起到极大的推动作用。     

TiAl／Zro2复合材料的制备与性能研究

研究了采用高能球磨工艺与热压烧结方法制备的TiAl／ZrO2陶瓷基复合材料的工艺条件、力学性能和微观结构。结果表明：TiAl质量分数为40％时,材料的致密度、维氏硬度、室温抗弯强度、断裂韧性分别达99％、13．7GPa、261．2MPa、3．2MPa·m1/2。大量穿晶断裂导致复合材料韧性较低。     

原位热压TiC/Ti/Al合成Ti2AlC的研究

以TiC／Ti／Al为原料，采用热压工艺在1400℃原位合成和烧结了含少量第二相Ti3AlC2的Ti2AlC材料。通过不同温度和不同热压时间下合成试样的：XRD分析探讨了Ti2AlC的合成过程。结果表明，高温下Ti与Al反应生成中间相TiAl金属间化合物，然后TiC与TiAl金属间化合物反应生成Ti2AlC。初期反应非常迅速，大部分Ti2AlC在此阶段生成。反应后期反应物减少，速度变慢，同时生成少量第二相Ti3AlC2。不同温度下合成的Ti2AlC颗粒具有不同的形貌特征。     

添加剂对Al2O3(f)/Ti-Al原位复合材料纤维生成形式的影响

以金属钛粉、铝粉及添加剂为原料压制成预制体,通过石墨与氧化铝混合粉对预制体的覆埋实现气氛保护并进行热处理,使其原位合成氧化铝纤维增强钛铝金属间化合物复合材料。通过XRD和SEM测试,分析了材料最终晶相组成及内部显微结构,并结合DTA进行了反应的热力学研究。SEM分析显示Ti-A l-Nb2O5、Ti-A l-La2O3、Ti-A l-Kaolin三种体系配料均可合成出A l2O3(f)/Ti-A l原位复合材料,但A l2O3纤维的生成方式不同:Ti-A l-Nb2O5体系以A l、Nb2O5的铝热反应为主生成;其余两种体系主要是A l纤维被氧化形成A l2O3纤维。铝热反应迅速且放热量高,使纤维纤细,团聚性较强;缓慢氧化得到的纤维直径较粗,分散性较好。     

放电等离子烧结制备Ti2AlC材料的研究

Ti2AlC是一种具有优异综合性能的三元层状化合物。以元素粉Ti粉、Al粉、活性炭为原料,采用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)工艺制备出接近理论密度的单相Ti2AlC块状材料。XRD和SEM分析结果表明：当Al含量为1．1mol和1．2mol,烧结温度在1100℃时,材料由单相Ti2AlC组成,Ti2AlC晶体发育完好,晶粒细小。研究表明：采用SPS工艺能够以比热压及热等静压低200～500℃的温度合成高纯Ti2AlC致密材料。     

放电等离子制备Ti3AlC2/TiB2复合材料及性能

采用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)工艺制备了Ti3AlC2/TiB2复合材料,并研究了复合材料的性能.研究表明:在1 250℃,30MPa烧结8min,可以获得相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料性能,当TiB2含量为30%(体积分数,下同)时,Ti3AlC2/30%TiB2复合材料的Vickers硬度达到10.39GPa,电导率为3.7×106 S/m;当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696MPa,断裂韧性为6.6MPa·m1/2.用电子显微镜对复合材料的显微结构分析表明:Ti3AlC2/TiB2复合材料的晶粒为层状结构.     

纤维增强钛铝金属间化合物基复合材料

本文扼要介绍了钛锡金属间化合物基复合材料的纤维增强剂及其与基体间相容性，同时绍了其制造方法，以ＳｉＣ／Ｔｉ－２４Ａｌ－１１Ｎｂ为例分析了其力学性能特征．并指出，今后在钛铝金属间化合物基复合材料的研究工作中，必须进一步优化Ｔｉ－Ａｌ基体，发展高质量、低成本的增强纤维，开发能实现工业化生产的制造工艺方法．     

放电等离子烧结工艺合成Ti3SiC2的研究

以元素单质粉为原料,当原料配比为n(Ti):n(Si):n(Al):n(C)=3:(1.2-x):x:2,其中：x=0.05-0.2时,在1200－1250℃温度下经放电等离子烧结成功制备了高纯、致密Ti3SiC2固溶体材料。原料中掺加适量Al能改善Ti3SiC2的合成反应并提高制备材料的纯度。当x=0.2时,所合成的固溶体形貌为板状结晶,分子式近似为Ti3Si0.8Al0.2C2,晶格参数a=0.3069nm,c=1.767nm。在1250℃温度下烧结,得到平均厚度达5μm,发育完善均匀的致密多晶体材料。材料Vickers硬度为3.5-5.5GPa,具有与石墨相似的加工性能。     

Ti-Al-C三元系统中Ti3AlC2,Ti2AlC和TiC物相含量的测定

研究了Ti-Al-C三元体系中X射线衍射定量相分析方法,提出了Ti3AlC2,Ti2AlC和TiC这3种物相的特征衍射峰Ti3AlC2的(002)衍射峰,2θ=9.5°;Ti2AlC的(002)衍射峰,2θ=13.0°;TiC的(111)衍射峰,2θ=35.9°.采用混样无标样法推导了一套Ti3AlC2,Ti2AlC和TiC的定量计算公式,根据其特征衍射峰的强度就可计算这3个物相的相对含量.因为该公式推导过程本身就验证了其正确性(即自验证性),所以这个公式可以广泛用于Ti-Al-C三元体系中Ti3AlC2,Ti2AlC和TiC物相的定量测定.因此,这种方法非常简便、易行.     

化学激励燃烧合成SiC超细粉末的工艺和机理研究

研究了利用聚四氟乙烯（-C2F4-）n作活化剂时Si/C混合粉末在氮气中的燃烧行为,结果表明：少量聚四氟乙烯的加入就可有效激励Si-C弱放热反应,使之以燃烧合成方式生成SiC,氮气参与反应时可进一步提高燃烧反应温度,并且首先以气相-晶体机制生成Si3N4,然后在反应前沿分解为SiC,调整工艺参数可获得亚微米级SiC粉末,综合X射线衍射、差热/热量分析及扫描电镜观察,提出了Si-C-N-(-C2F4-）n体系中的燃烧反应机制,并从热力学角度对实验结果进行了讨论。     

碳钢表面燃烧合成网络结构Cr3C2-WC陶瓷复合涂层的相组成与性能

利用燃烧合成技术,在普通碳钢表面原位自生Cr3C2-WC网络结构陶瓷复合涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和显微硬度计等测试手段对涂层中的网络结构陶瓷增强相的组织形貌、物相组成、化学成分及力学性能等进行了表征。结果表明:涂层由Cr3C2,WC,FeNi3,σ-FeCr和δ-CrNi等组成,Cr3C2-WC网络结构增强相由过饱和固溶体共晶析出。涂层与基体间的结合为冶金结合;表面涂层厚度约为2.0mm,显微硬度约为7.2GPa。制备的表面复合材料的硬度高于基体,改性效果明显。     

燃烧法合成高纯β-SiC超细粉的工艺参数

以硅粉、碳黑、活性炭为原料,以聚四氟乙烯为添加剂,在氮气中分别用直接燃烧合成和预热燃烧合成工艺制备了高纯β-SiC微粉.用扫描电镜测得产物呈等轴球形,平均粒径为100 nm.添加剂聚四氟乙烯的质量分数(下同)为5%以上时,均可以直接点燃合成高纯度亚微米级的β-SiC,2%的添加剂就可以使理论预热温度由1 023 K降到673 K,降低了成本.另外,以活性炭代替碳黑为原料,对比了硅和碳的摩尔比为1:1和1:1.25的2个配方对产物物相的影响,说明用足够纯净的活性炭为原料代替碳黑制备β-SiC是可行的.将预热法、氮气助燃法以及化学活化法成功的进行了结合,布料方式由以往的压块改为直接粉状布料,且在60L燃烧合成反应器中单炉装料1 kg条件下,合成了高纯度的户sic粉体,适应了中试生产的需要.     

添加铝对机械活化辅助合成Ti3SiC2粉末的影响

以Ti,Si,TiC并添加Al的混合粉末为原料,采用机械活化辅助自蔓延合成法制备了Ti3SiC2粉末。研究表明,机械活化过程可将原料的粒度尺寸细化至10μm以下,反应物活性提高,并能激发自蔓延合成反应生成Ti-Si,SiC,TiCx等中间相。在上述条件下,合成单相Ti3SiC2粉末的温度可降至1350℃。反应机理为:Al作为脱氧剂通过抑制其它元素的氧化来促进主相的生成,且在反应物中优先熔化形成局部微小熔池,加速了反应物的扩散并生成TiCx和Ti5Si3中间相,从而促进Ti3SiC2粉末的生成。     

高分子材料的燃烧合成技术及应用

介绍燃烧合成技术的概念与发展,概述 高分子材料燃烧合成技术的特点及影响材料合成的主要因素,着重叙述了这一技术在先进材料制备中的应用。     

燃烧合成制备Si3N4-TiN-SiC陶瓷的显微结构

以TiSi2为反应原料,SiC作稀释剂,燃烧合成制备Si3N4-TiN-SiC陶瓷.利用燃烧波"淬熄"法使反应各个阶段的物相得以保留,通过X射线衍射及扫描电镜分析TiSi2在燃烧合成中的反应过程及显微组织转化.结果表明:完全反应后产物的主相为Si3N4,其余为TiN和SiC.在燃烧过程中,TiSi2首先受热熔化,包覆于SiC颗粒表面,随后与N2反应生成TiN和Si.Si在高热作用下发生熔化、汽化,液态Si与未反应的TiSi2互溶.生成的Si与氮气发生反应,形成Si3N4晶核,并不断长大.燃烧合成反应过程中,Si3N4晶须的生长十分复杂,由气-液-固机制、气-固机制及蒸发凝聚的气相生长机制共同作用.