Ti3AlC2与Al在873～973K的高温反应

以三元层状陶瓷材料Ti3AlC2与Al粉为原料进行无压真空烧结。通过改变烧结温度、保温时间及原料配比,研究了反应的过程及生成相。采用XRD、SEM分析了反应产物和界面。研究表明:Ti3AlC2与Al在923 K条件下保温120 min后有明显的新相生成,产物为Al3Ti、Al4C3;延长保温时间及升高温度有利于反应的发生,反应可用以下方程进行描述:Ti3AlC2+Al→Al3Ti+Al4C3;反应中Al元素向Ti3AlC2中扩散,在Ti3AlC2与Al之间形成了明显扩散层。     

Ti3AlC2与Fe在高温下的反应行为（英文）

通过TG-DTA、XRD、SEM和EDS的分析,研究Ti3AlC2与Fe在高温下的互相反应。结果表明,当烧结温度在659.9℃以上时,Ti3AlC2与Fe主要以放热反应为主,当烧结温度为760~1045℃时,Ti3AlC2与Fe之间的反应较弱,并开始生成TiC0.625相;随着烧结温度升到1045℃时,Ti3AlC2的衍射峰逐渐消失,烧结产物的衍射峰只有TiC0.625和Fe(Al)固溶体;随着温度的进一步升高,烧结产物的衍射峰基本为TiC0.625和Fe(Al)固溶体不变。采用SEM和EDS分析可知,该反应主要发生了两个过程,其一,Ti3AlC2发生了分解,Ti3AlC2中的Al发生了析出,并固溶到基体的金属相中形成Fe(Al)固溶体,而Ti3AlC2中Ti和C则形成了TiC0.625陶瓷相。其二,Fe原子沿着Ti3AlC2分解形成的Al空位渗入到Ti3AlC2颗粒中,进而导致Ti3AlC2进一步分解成粒径更小颗粒。Ti3AlC2中Al的析出是导致Ti3AlC2在远低于其分解温度下就与Fe发生反应的主要因素。     

Ti3AlC2掺杂SPS法制备Ti2AlC/TiAl复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备了Ti₃AlC₂陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti₃AlC₂(wt%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备出Ti₂AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM分析了产物的相组成和微观结构,并测量了其室温力学性能。结果表明：原位热压烧结产物由Ti₃AlC₂和TiC相组成,Ti₃AlC₂呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间。SPS法制备的Ti₂AlC/TiAl基复合材料主要由TiAl、Ti₃Al和Ti₂AlC相组成,Ti₂AlC增强相主要分布于基体晶界处,表现为晶界/晶内强化作用。力学性能测试表明：Ti₂AlC/TiAl基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm₃、5.37 GPa、7.17 MPa?m_1/2和494.85 MPa。     

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。     

大尺寸Ti3AlC2陶瓷的制备及其性能

采用燃烧合成结合准热等静压技术(SHS/PHIP)成功制备了大尺寸Ti3AlC2块体陶瓷材料,确定了用自蔓延准热等静压(SHS/PHIP)法制备大尺寸Ti3AlC2块体陶瓷材料的最佳原料配比。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)手段对产物进行了分析,XRD结果表明反应产物中只含有Ti3AlC2陶瓷相,SEM分析发现制备的产物为层片状组织结构。而且由于层状显微结构的存在,使得该材料的性能比较好,其抗弯曲强度、断裂韧性和抗压缩强度分别为330.8MPa、5.7MPa·m1/2和823MPa。     

Ti3AlC2材料的反应合成及其烧结行为

以Ti,Al和TiC为原材料,用无压煅烧合成法制备三元化合物Ti3AlC2。详细讨论了煅烧温度和铝含量对多晶Ti3AlC2纯度的影响。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和场发射透射电镜研究了粉末材料的组织结构、晶粒大小、层板厚度和选区电子衍射花样。结果表明1300℃是合成Ti3AlC2粉末的最佳煅烧温度,1:1.2:2是Ti/Al/TiC原材料的最佳摩尔比。用热压法制备了不同烧结温度下的Ti3AlC2块体试样,在1300℃热压制备的Ti3AlC2块体的相对密度可达99.9%,其维氏硬度和三点抗弯强度分别为5.7 GPa和630 MPa。通过场发射扫面电镜观察材料的断口形貌,进一步分析了Ti3AlC2块体材料的强化机理。     

Si掺杂放电等离子合成Ti2AlC/Ti3AlC2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、2.0Ti/1.0Al/0.1Si/1.0C、2.0Ti/1.0Al/0.2Si/1.0C、2.0Ti/0.9Al/0.2Si/1.0C和2.0Ti/1.0Al/0.3Si/1.0C,在1 200 ℃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Ti3SiC2 3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.     

Ti_3AlC_2掺杂SPS法制备Ti_2AlC/TiAl基复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备Ti_3AlC_2陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti_3AlC_2(质量分数,下同,%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备Ti_2AlC/Ti Al基复合材料。借助XRD、SEM分析产物的相组成和微观结构,并测量其室温力学性能。结果表明:原位热压烧结产物由Ti_3AlC_2和TiC相组成,Ti_3AlC_2呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间;SPS法制备的Ti_2AlC/Ti Al基复合材料主要由Ti Al、Ti_3Al和Ti_2AlC相组成,Ti_2AlC增强相主要分布于基体晶界处,发挥了晶界/晶内内生型强化相的增强作用。力学性能测试表明:Ti_2AlC/Ti Al基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm~3、5.37 GPa、7.17 MPa·m~(1/2)和494.85 MPa,穿晶、沿晶及层状撕裂等混合断裂特征对改善性能发挥了重要作用。     

机械合金化制备Ti3AlC2陶瓷材料的研究

采用Ti,Al和C元素粉末为反应物原料,通过机械合金化法成功地制备出高含量三元碳化合物Ti3AlC2陶瓷粉体.按Ti3AlC2化学计量比为起始反应原料配比(Ti∶Al∶C=3∶1∶2)的元素混合粉末,经3 h的机械合金化后,Ti、Al和C单质混合粉末发生化学反应,生成以Ti3AlC2为主晶相,并含有少量TiC的混合粉体和小块体;粉体中Ti3AlC2的含量达到83%(质量分数,下同).产物合成的原因是在Ti-Al-C体系中发生了一种机械诱发自蔓延反应.     

热压烧结Ti/Al2O3复合材料物相分析及力学性能

采用热压烧结法制备Ti/Al2O3复合材料,研究不同Nb掺量对复合材料的物相及力学性能的影响。结果表明:Nb可以与Al2O3解离出的Al结合成为AlNb2或AlNb3,抑制Al向Ti中的扩散,改善了材料的界面反应,提高材料力学性能;随Nb含量的增加,复合材料的相对密度、弯曲强度、断裂韧性、显微硬度均呈先增大再减小的趋势,在Nb含量为1.5%(体积分数,下同)时,相对密度、断裂韧性、显微硬度均达到最大值,分别为98.97%、5.18MPa·m1/2和16.56GPa,抗弯强度在Nb的掺入量为2%时达到最大值307.17MPa。     

燃烧合成Ti_3AlC_2及其热稳定性

采用燃烧合成技术,通过改变Ti、Al和C 3种粉末的比例制备出高纯度的Ti_3AlC_2块体材料,并对其在氩气中的高温热稳定性进行了研究.X射线衍射(XRD)表明合成产物除了含有Ti_3AlC_2外,还含有少量TiC和Ti-Al金属间化合物,经k值法计算得Ti_3AlC_2最高含量为96.7%.耦合等离子-原子发射光谱(ICP-AES)结果表明最高纯度的合成产物中Ti、Al质量分数分别为74.2%和13.7%,与Ti_3AlC_2中Ti和Al含量十分接近.利用SEM对燃烧产物断口进行了观察,发现明显的层片状结构.热重-差热(TG-DTA)结果表明燃烧合成的高纯Ti_3AlC_2在加热过程中没有明显的热效应,说明合成的产物处于近似平衡状态.Ti_3AlC_2的分解温度在1370 ℃左右,同时由于氧化作用而导致试样质量略有增加.     

Ti_3AlC_2与Cu合金的电弧焊接

采用无焊料电弧焊方法对Ti_3AlC_2陶瓷与Cu(Mg)合金进行焊接.观察分析了接头组织结构和物相组成,测试了焊接试样的弯曲强度.结果表明,Ti_3AlC_2陶瓷和Cu(Mg)合金之间具有良好的可焊接性.在适当的焊接工艺下,接头具有典型显微结构:在靠近Cu(Mg)合金的区域,自生成的细小TiCx颗粒均匀弥散在Cu(Ti, Al, Mg)合金网络内;在靠近Ti_3AlC_2陶瓷的区域,形成TiC_x相与Cu(Ti, Al, Mg)合金相交替层叠的特殊结构.焊接试样的断裂发生在Ti_3AlC_2陶瓷部分,表明接头的抗弯强度高于被焊接的Ti_3AlC_2陶瓷材料.     

Sn做助剂机械合金化+热处理制备Ti_3AlC_2

以3Ti/Al/2C/0.1Sn粉体为原料,进行机械合金化,并对粉体产物进行热处理,制备高含量Ti3AlC2材料,并分析了产物的微观形貌。机械合金化3Ti/Al/2C粉体,可合成TiC、Ti3AlC2和Ti2AlC混合粉体产物。添加适量Sn可消除产物中的Ti2AlC,明显促进Ti3AlC2合成。对粉体产物进行热处理,可以提高产物Ti3AlC2含量。热处理温度过低或过高都不利于Ti3AlC2含量的提高。随着热处理温度的提高,晶粒长大明显,烧结倾向加剧,研磨困难。在900℃可以获得质量分数为95.2%的Ti3AlC2。热处理产物颗粒比较细小,可做复合材料的原料。     

新型层状Ti_3AlC_2陶瓷的制备及性能研究

采用热压烧结工艺,以Ti、Al、C、TiC粉末为原料制备了高密度的Ti3AlC2块体材料.用Archimedes法测定不同成分条件下合成试样的密度,用X射线衍射分析仪及扫描电镜分析材料的相组成和形貌,用维氏硬度计测试材料的硬度.结果表明,以TiC代替全部C和部分Ti时,材料的力学性能有了明显改善.Ti3AlC2陶瓷的微观结构为片层状,层状晶粒长度约为20 μm,硬度为3～5.0 GPa,抗拉强度为454.7 MPa,断裂韧度为5.60 MPa·m1/2.     

原位热压反应制备高性能亚微米层状Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷

以Ti_3AlC_2和Cu粉作为原料,在1150 ℃下原位热压反应制备了具有亚微米层状结构的Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷材料.XRD、SEM和TEM分析表明,这种亚微米层状结构的形成,归因于Ti_3AlC_2与Cu的高温反应引发Ti_3AlC_2层状结构解离、Al原子溶脱,固溶入周围的Cu中形成Cu-Al固溶体,Al溶出后的Ti_3AlC_2中原始Ti_3C_2层规律性聚集、最终形成厚度为150 nm左右的Ti_3C_2层与Cu-Al层交替层叠结构.由于这两种结构之间的牢固结合以及Cu-Al相构成的空间网络结构,使得此金属陶瓷材料具有优异的力学性能和电学性能.其抗弯强度超过1200 MPa,并具有良好的断裂韧性和导电性.     

Ti3AlC2／Cu复合材料的制备及其性能研究

采用粉末冶金的方法在1000℃和30MPa的热压条件下，烧结制备了以Ti3AlC2为增强相的Ti3AlC2／Cu复合材料，研究了增强相含量（10％～40％）对复合材料的显微结构、抗弯强度、硬度和电阻率的影响。结果表明：Ti3AlC2能够有效增强铜，当Ti3AlC2含量为30％时，增强效果最佳，复合材料的抗弯强度达1033MPa，最大形变为2．5％，增强相含量继续增加时，复合材料的强度反而降低；随着增强相含量的增加，复合材料渐趋脆性断裂，同时复合材料的电阻率基本呈线性升高。     

碳含量对Ti-Al-C系燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

实验表明在Ti—Al—C体系中，C含量对燃烧合成Ti3A1C2影响很大：C含量(原子分数)较低时(22．64％-28．07％)，燃烧产物主要物相为Ti2A1C；C含量较高时(29．31％-32．79％)，燃烧产物主要物相为Ti3A1C2．Ti3A1C2的燃烧合成反应温度高于Ti2A1C的燃烧温度，Ti3A1C2的生成量随燃烧反应温度升高近似呈对称分布．从反应物原料摩尔配比和热力学原理角度，探讨了不同C含量对燃烧产物组成的影响机理．     

不同钛碳摩尔比和铝含量对Ti－Al－C体系燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

以Ti，Al，C和TiC粉末为原料，研究了钛碳摩尔比和Al含量对Ti—Al—C体系燃烧合成产物相组成的影响。实验表明，不同的钛碳摩尔比和Al含量变化，对Ti-Al—C体系燃烧合成Ti3AlC2粉体有很大影响。当Ti／C=1或1．5时，燃烧产物主晶相是TiC，与原料中Al含量变化关系不大；Ti／C=2和Ti／C=3时，主晶相分别是Ti3AlC2和Ti2AlC，它们的衍射峰强度均分别随原料中Al含量增加而增强，当Al含量增加到一定量后，Ti3AlC2和Ti2AlC的衍射峰强度均又减弱；TiC是Ti-Al-C体系燃烧合成Ti3AlC2相的中间产物。