放电等离子合成Ti3AlC2-TiB2复合材料的相形成研究

采用放电等离子烧结工艺,以Ti,Al,B4C,TiC为原料制备Ti3AlC2／TiB2复合材料。通过X射线衍射分析了从600℃到1300℃Ti3AlC2／TiB2系统反应过程的相形成规律。用扫描电镜观察了不同温度下试样的显微组织演变。结果表明,在900℃之前,主要的反应是Ti和Al反应生成Ti—Al金属间化合物,900℃之后,Ti—Al金属间化合物与TiC逐渐生成Ti3AlC2和TiB2相,形成致密Ti3AlC2／TiB2复合材料。     

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。     

原位烧结合成(Ti,V)C/Fe复合材料的组织及形成机理

以钛粉、铁粉、钒铁粉、铬铁粉、钼铁粉及石墨粉为原料,通过原位烧结制备了(Ti,V)C/Fe复合材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱EDS分析了材料的组织结构.结合差示扫描量热法分析(DSC)和高温x射线衍射分析研究了Fe-Ti-V-C体系原位烧结的动力学过程.结果表明:(Ti,V)C/Fe复合材料致密化程度高.增强相(Ti,V)C的形态比TiC更规则,TiC颗粒中存在富Mo的"环形结构",而(Ti,V)C中没有"环形结构".合成(Ti,V)C/Fe复合材料的动力学过程为:在770℃左右发生钒的碳化反应生成VC,1140.4℃时发生Ti的碳化反应生成TiC,随着温度升高,VC和TiC发生固溶反应形成(Ti,V)C固溶体.在1400℃烧结时,硬质相(Ti,V)C(或TiC)在液相中根据Gibbs-Thomson效应,按照小颗粒不断溶解,大颗粒相应粗化的模式长大.     

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。     

自生Ti2AlC/TiAl复合材料的组织及反应过程

采用自蔓延燃烧合成及真空电弧熔炼的方法,以碳纤维(Cf)、钛粉及铝粉为原料,合成了Ti2AlC/TiAl复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析了复合材料的物相组成和微观结构,讨论了原位合成Ti2AlC的反应和二次Ti2AlC的析出过程。结果表明,复合材料铸锭由Ti2AlC、TiAl和Ti3Al3相组成,基体由α2(Ti3Al)+γ(TiAl)片层和γ(TiAl)等轴晶粒构成,原位自生的Ti2AlC分布均匀,呈短纤维状或颗粒状。1200℃均匀化热处理促使Ti3Al分解为TiAl和Ti2AlC,导致Ti2AlC粗化,同时基体表面析出细小的二次Ti2AlC颗粒。     

原位热压合成Ti3 AlC2 陶瓷

分别用3Ti-Al-2C和2TiC-Ti-Al粉用原位热压技术制备Ti3AlC2陶瓷.采用XRD、DTA、SEM等测试手段研究其物相组成、反应过程及显微结构.结果表明:1300 ℃下3Ti-Al-2C体系的合成产物为层状Ti3AlC2、TiC和Al2O3相,1500 ℃下2TiC-Ti-Al体系的合成产物基本为层状Ti3AlC2相,纯度较高.在Ti-Al-C体系中,首先发生Ti与C反应生成TiC,接着发生Ti与Al反应相继生成TiAl3和TiAl,随后发生TiAl和TiC反应生成Ti2AlC,最后Ti2AlC和TiC反应生成Ti3AlC2.同时,分析了TiC掺杂对TiC-Ti-Al体系原位合成Ti3AlC2的影响.     

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。     

无压烧结合成高纯Ti3AlC2粉末材料

利用TiC粉、Ti粉和Al粉为原料,以摩尔比为TiCAlTi=21.21混合,通过无压烧结的方法合成高纯的Ti3AlC2粉末材料.研究了在不同的烧结温度(1200℃～1500℃)分别保温15 min,以及在1300℃下保温不同时间的烧结结果.最终得出结论,在1300℃～1400℃保温15 min后可以得到高纯度的Ti3AlC2材料,Ti3AlC2含量高达96.76ω/%.另外,由于1500℃时合成的样品中晶粒已经很大,使得其在做粉末X-射线衍射时很容易产生织构,使Ti3AlC2的{002}峰异常增强.     

电弧复合磁控溅射结合热退火制备Ti2AlC涂层

利用电弧复合磁控溅射技术制备不同Ti/Al比的Ti-Al-C涂层,结合后续的退火处理制备Ti_2AlC相涂层。利用SEM、EDS、XRD、Raman光谱仪和TEM等研究了Ti/Al比及退火温度对退火后Ti-Al-C涂层的相和微观结构的影响。结果表明,Ti-Al-C沉积态涂层为富Al层和TiCx层交替堆垛的多层结构,涂层表面大颗粒较少且结构致密。Ti/Al比对退火后涂层中的相结构有重要的影响:当Ti/Al比为2.04时,退火后涂层中Ti_2AlC的纯度和结晶度最高;Ti/Al比过高(3.06)时,退火后涂层中形成TiC和Ti_3AlC杂质相,而低Ti/Al比(0.54)则大幅度降低Ti_2AlC相的纯度和结晶度。同时,退火温度很大程度影响Ti_2AlC相的形成,当沉积态涂层中Ti/Al比为2.38时,Ti_2AlC相涂层形成的最佳退火温度为750℃,偏低的退火温度(600℃)下,原子不能充分扩散,难以形成211结构的Ti_2AlC相,而退火温度过高时(900℃)涂层中存在较多的TiC、TiAlx等杂质相。     

Ti-Al-C体系的原位反应过程研究

以Ti、Al、C粉为组元,采用热压工艺合成TiC+Ti2AlC增强γ-TiAl+α2-Ti3Al合金。在不同温度时,通过X射线衍射分析了相组成,并讨论了体系的反应过程。结果表明,当合成温度为1 000℃时,产物中含有TiC和γ-TiAl+α2-Ti3Al相。继续升高热压温度后,形成了另一种增强相Ti2AlC。对反应过程分析表明,在Ti-Al-C体系中,TiC相是最稳定的中间相,亦是合成Ti2AlC相的前提。温度升高后,将有利于TiC相向Ti2AlC相转变。     

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。     

Microstructure and microhardness of Ti3Al matrix composites produced by XD^TM synthesis

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｌｏｗｄｅｎｓｉｔｙ ,ｈｉｇｈｅｌｅｖａｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｃｒｅｅｐｒｅ ｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｉｔａｎｉｕｍａｌｕｍｉｎｉｄｅｓｍ     

添加TiC对燃烧合成Ti2AlC粉体的影响

实验表明，以Ti,Al和碳黑单质粉末为反应物原料，按Ti2AlC化学计量比为原料摩尔配比，得到的燃烧产物主晶相为Ti3AlC2，而Ti2AlC的含量很少。当保持总原料各组分配比不变，加入TiC时，燃烧产物中的Ti2AlC相却变为主晶相，而Ti3AlC2和TiC相的含量急剧减少。燃烧产物Ti2AlC相的含量随添加的TiC质量分数（0－25％）的增加而增加。从动力学和热力学的角度探讨了TiC对燃烧合成Ti2AlC的影响机理。     

In-situ production and microstructures of iron aluminide/TiC composites

In this study we have tried to produce the titanium carbide reinforced iron aluminide composites by in-situ reaction between titanium and carbon in liquid iron–aluminum alloy doped with titanium and carbon. A homogeneous distribution of titanium carbide particles in the iron aluminide matrix up to about 16 vol% of titanium carbide was intended without agglomeration. The composition of TiC formed during in-situ reaction was investigated by ICP analysis and the Combustion-Infrared Absorption method after chemical dissolution of the iron aluminide matrix. It is found that the composition of titanium carbide formed during melt processing is an average of Ti–48.4 mol% C. In addition, titanium carbide has very low solubility of Fe and Al. The microstructure of composites consists of three different regions; primary large TiC particles of 5–40 μm, matrix with small dendritic TiC particles of about 1 μm and particle-free regions around primary large TiC particles. The formation of this complex microstructure can be explained by assuming the Fe₃Al–TiC pseudo-binary system containing the eutectic reaction. Particle-free regions are halos of iron aluminide phase and the formation of halos is explained by coupled zone concept. Subsequent heat treatment at 1373 K for 48 h induces spheroidization and/or coarsening of small TiC particles, while microstructure after heat treatment at 973 K for 48 h exhibits the additional formation of small TiC precipitates. Though excess 1 mol% Ti addition over the Ti content for TiC formation is soluble to Fe–28 mol% Al, excess 1 mol% C addition forms the secondary Fe₃AlC phase during melt processing.     

放电等离子烧结原位制备TiC/Ti_2AlC复合材料及室温力学性能评价

以Al_4C_3、Ti和石墨粉为原料(Ti、Al、C的摩尔比为6:1:3),利用放电等离子烧结(SPS)技术通过原位反应制备出TiC/Ti_2AlC的复合材料.结果表明,基体相TiC的晶粒尺寸在2～5 μm左右,反应生成的Ti_2AlC颗粒尺度纵向长度为4～10 mm,横向宽度为1～2 mm,且弥散均匀分布在基体中.三元层状相Ti_2AlC的引入大大提高了复合材料的力学性能,复合材料的维氏硬度HV为11 GPa,断裂韧性K_(IC)为5.3 MPa·m~(1/2),抗弯强度sf为(470±50) MPa,弹性模量E为(228±30) GPa.通过压痕法观察了裂纹扩展路径,讨论了材料的断裂机制和增韧机制.材料以沿晶断裂为主,伴随少量穿晶断裂.     

添加TiAl对燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

采用Ti，Al和C粉末为反应物原料，研究了添加金属间化合物TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响。从动力学和热力学的角度探讨了TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理。实验结果表明，仅以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC2化学计量比配料，燃烧产物的主要物相是TiC，只能得到少量Ti3AlC2相，但在保持原料配比不变的情况下，在反应物原料中添加金属间化合物TiAl(20％-35％)(质量百分数)后，燃烧合成产物中Ti，AlC2的含量显著增加，成为燃烧产物的主要物相，而TiC的含量则显著减少。燃烧产物中Ti3AlC2的含量随添加TiAl量的增加而显著增多。     

反应火焰喷涂TiC/Fe复合涂层组织及形成机理

以TiFe粉和碳的前驱体（石油沥青）为原料通过前驱体碳化复合技术制备了Ti-Fe-C系反应喷涂复合粉末,并用普通火焰喷涂技术制备了TiC/Fe陶瓷金属复合涂层.观测了喷涂粉末、淬熄实验获取的飞行粒子以及涂层的形态、相和组织结构.结果表明：前驱体碳化复合Ti-Fe-C系喷涂粉末有非常紧密的结构;可有效的解决反应喷涂过程中原料粉末分离的问题.在反应火焰喷涂过程中,每一个喷涂粉末颗粒构成独立的微小反应单元,原料之间反应充分.在整个喷涂过程中喷涂粉末经历了熔化扩散、物相形成、碰撞后快速凝固三个阶段.所得涂层由TiC和Ti2O3共生聚集片层和细小TiC颗粒弥散分布于金属基体所形成的内晶型复合强化片层交替叠加而成.     

TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响

以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，研究了添加金属间化合物TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响。实验结果表明，仅以单质粉末Ti，Al和碳黑为原料，按Ti3AlC化学计量比配料，燃烧产物主要物相是Ti2AlC和TiC，无Ti3AlC。但在保持原料配比不变的情况下，在反应物原料中添加金属间化合物TiAl3（0～23．5％，质量分数）后，可得到Ti3AlC相物质，其含量随TiAl3的增加而显著增多，成为燃烧产物的主要物相之一。从动力学和热力学角度探讨了TiAl3对燃烧合成Ti3AlC的影响机理。     

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。