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。     

原位热压反应制备Ti3AlC2／TiB2复合材料

Ti3AlC2综合了陶瓷和金属的诸多优点，有着潜在的广泛应用前景。然而，单相Ti3AlC2的硬度和强度偏低，限制了它的广泛应用。引入第二相形成复合材料是解决上述问题的一个有效方法。以Ti粉、Al粉、石墨和B4C粉为原料采用原位热压方法成功地合成了Ti3AlC2/TiB2复合材料。利用DSC和XRD对其反应路径作了详细研究，并利用SEM和TEM对复合材料的微观结构进行了表征，最后测试了复合材料的硬度和强度。结果表明用B4C-Ti-Al-C体系，可以在较低温度下合成致密的无杂质Ti3AlC2／TiB2复合材料；引入的TiB2明显提高了Ti3AlC2的硬度和强度。     

Ti3AlC2颗粒含量对Ti3AlC2/ZA27 复合材料性能的影响

通过无压烧结技术和机械合金化技术,在烧结温度为870 °C,保温时间为2.5h的工艺条件下,制备了四种不同体积含量的Ti3AlC2 颗粒含量的Ti3AlC2/ZA27复合材料。研究了Ti3AlC2 颗粒含量对Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度,密度,拉伸强度和弯曲强度的影响。结果表明界面处的微弱的化学反应有助于提高复合材料的界面结合能力,进而提高Ti3AlC2 /ZA27复合材料的机械性能。此外,随着Ti3AlC2 颗粒含量增多,Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度和力学强度都随之增大,这主要归因于纳米尺度的Ti3AlC2颗粒的弥散增强结果。然而,随着Ti3AlC2 颗粒的增加到40 vol. %, 由于孔隙的增多,Ti3AlC2 /ZA27复合材料的硬度和力学强度又出现下降。对比制得的四种Ti3AlC2 /ZA27复合材料,30Ti3AlC2/ZA27复合材料拥有最大的抗拉强度、抗弯曲强度以及维氏硬度,分别为310 MPa,528 MPa 和1.24 GPa. 这些优异的性能除了归因于良好的界面结合,还归因于Ti3AlC2颗粒的细晶强化和弥散强化作用。     

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.     

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30 MPa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1033 MPa,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.     

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.     

Cu-Ti3AlC2金属陶瓷的制备与性能研究

采用粉末冶金工艺制备Cu-Ti3AlC2金属陶瓷,借助XRD、SEM观察相成分和断口形貌,并研究Ti3AlC2增强相含量对产物密度、硬度、抗弯强度、断裂韧度和室温电导率的影响.结果表明,随着烧结温度的升高,Cu的衍射峰位置向左偏移,这与Al的固溶有关.随着Ti3AlC2含量的增加,金属陶瓷的密度和断裂韧度逐渐减小,硬度和电导率逐渐增大,抗弯强度先增大后减小.当Ti3AlC2含量为30%时,Cu-Ti3AlC2金属陶瓷综合性能最好,其硬度(HV)、抗弯强度、断裂韧度和电导率分别为1.7 GPa、733 MPa、9.3 MPa·m1/2和1.37×106 S·m-1.     

Ti2AlC／TiAl复合材料的高温氧化性能研究

利用放电等离子烧结（SPS）技术，原位制备Ti2AlC／TiAl和Ti2AlC／TiAl（Nb，B）复合材料，并研究其在900℃和1000℃的高温氧化性能。研究发现，掺加Nb，B后复合材料的抗氧化性能明显提高，1000℃氧化30h时氧化层厚度为50μm～60μm，未掺入Nb，B时其厚度约为170μm。在氧化层和复合材料交界处结构疏松出现许多孔洞，Nb原子在高温时向表面层富集使复合材料抗氧化性能提高，富Nb层的存在即可以阻挡氧原子的继续渗入，又可以作为扩散障，减少Kirkendall效应；加入B后，组织明显细化，氧化反应初始阶段氧化物的形核增多。     

热压烧结Ti3AlC2材料的制备、结构与性能研究

采用热压工艺研究了不同工艺制度和原料中不同的Si含量对Ti3AlC2合成的影响.研究表明在1 300℃～1 500℃,30MPa压力和Ar气氛中热压摩尔比为n(TiC)n(Ti)n(Al)n(Si)=2110.2的混合粉末,可以得到纯度达98%(质量分数)以上的致密块体Ti3AlC2材料;添加的Si均匀分布在基体中,形成固溶体,当添加Si的摩尔比为0.2时,固溶体的化学式为Ti2 76Al0 78Si0.22C2.烧结试样的晶体为层片状结构,1 300℃和1 400℃时,烧结试样的晶粒尺寸分别为10μm～15μm和20μm～30μm.材料的维氏硬度为3.3 GPa～5.0 GPa,弹性模量为289 GPa,抗压强度为785 MPa,抗弯强度为375 MPa,断裂韧性为7.0 MPa·m1/2;25℃时,电导率为3.1×106 S·m-1,热容为125.4 J/mol·K,热导率为27.5 W/m·K;热膨胀系数为8.8×10-6 K-1.     

无压浸渗制备Si3N4／Al复合材料的反应浸渗机理

采用“中断浸渗”方法获得保留了“浸渗前沿”的样品，应用扫描电子显微镜和X射线能谱分析了浸渗界面上的形貌和成分变化，深入讨论了浸渗界面推进过程中的物理、化学反应过程。采用扫描电镜等微观分析手段观察了复合材料显微形貌，探讨了界面反应机理。研究结果表明：浸渗界面推进过程中熔体中的Mg富集在浸渗前沿的预制体上，并与预制体发生反应；Al／Si3N4界面反应产物AlN相形成“楔形”向Si3N4单元心部推进，细观上呈现含毛细通道的胞状辐射形貌，大量毛细通道确保了Al和Si3N4之间的置换反应持续进行：Al与Si3N4的置换反应产物Si绝大部分溶解在铝镁合金熔体中。     

Ti3SiC2／Al2O3复合材料的SPS烧结及其性能研究

利用放电等离子烧结（SPS）方法成功制备了Ti3SiC2／Al2O3复合材料，用XRD及SEM对其组成和结构进行了表征。另外系统研究了Ti3SiC2／Al2O3复合材料的弹性模量及673K时的热传导性能。结果表明复合材料弹性模量高于理论上限模量，随着Ti3SiC2含量的增加复合材料弹性模量减小，且Ti3SiC2的加入使复合材料的热导率较Al2O3有一定的提高，673K时复合材料热导率符合“海岛-网络”模型。     

放电等离子（SPS）快速烧结可加工陶瓷Ti3AlC2

利用放电等离子烧结技术研究了SHS的Ti3AlC2粉体的烧结过程。烧结温度1450℃，压力20MPa，真空烧结，保温5min，可获得相对密度达98．4％的致密烧结体，HV可达3．8GPa；烧结温度为l500℃，则可获得完全致密的烧结体，HV可达4．2GPa；烧结体的维氏硬度随烧结温度(1300℃～1500℃)的升高而增大；SEM分析表明，SPS技术烧结制备的Ti3AlC2陶瓷，片层大小随烧结温度的升高而增大。     

Ti2AlC／TiAl复合材料热处理组织的细化

利用放电等离子烧结（SPS）技术，原位制备Ti2AlC／TiAl复合材料，并对其进行多步热处理，研究增强相Ti2AlC和微量元素B对Ti2AlC／TiAl复合材料热处理组织的细化作用。研究发现，在热处理过程中，Ti2AlC和B能够显著抑制TiAl基体中γ晶粒和α2／γ层片晶团的长大，有效地细化Ti2AlC／TiAl复合材料的热处理组织。显微组织的细化能够显著强韧化复合材料，其中经1390℃热处理的复合材料的弯曲强度达到957．9MPa，断裂韧性达到20．73MPa·m^1/2。     

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.     

真空电弧炉制备Cr3C2／Cu复合材料的组织和性能

提出了一种在真空电弧炉中用石墨坩埚隔离铜坩埚制备Cr3C2/Cu复合材料的新工艺,并对该复合材料的显微组织及性能进行了分析.研究结果表明.在熔炼过程中,Cr与石墨坩埚中的C反应,生成Cr3C2微粒均匀分布于铜熔液中,形成Cr3C2颗粒增强Cu基复合材料,该材料经适当时效处理后,可获得良好的力学和电学综合性能,显微硬度(HV)为184.8,电导率达45.76 MS/m,软化温度为540℃.     

热压烧结燃烧合成Ti3AlC2粉体的研究

以燃烧合成Ti3AlC2粉体为原料，研究了不同热压温度下Ti3AlC2粉体的热压烧结过程。实验结果表明，热压烧结Ti3AlC2粉体可得到Ti3AlC2致密块体陶瓷，Ti3AlC2粉体的热压烧结活性比直接使用Ti、Al（或Al4C3）和C为原料热压烧结的活性高，热压烧结温度以1400-1500℃之间为佳：烧结温度为1450℃，压力25MPa，Ar保护，保温2h的条件下，烧结Ti3AlC2粉体可得理论相对密度为99．05％，维氏硬度2．8GPa，抗弯强度426．02MPa，断裂韧性10．08MPa·m^1/2的烧结块体；烧结样品的密度和断裂韧性随烧结温度升高而增大，抗弯强度在高于1400℃时随热压温度升高而降低。     

热处理温度对机械合金化合成Ti3AlC2粉体纯度的影响

采用放电等离子烧结(SPS)系统对含有TiC等杂质相的机械合金化(MA)合成的Ti3AlC2粉体进行热处理,研究了热处理温度对粉体中Tti3AlC2纯度的影响.结果表明:SPS无压加热处理可以显著提高机械合金化合成粉体中Ti3AlC2的含量.经SPS热处理的粉体中Ti2AlC2的含量在600～1000℃范围内随热处理温度的提高而增加,温度不高于900℃时处理后的粉体还基本保持粉体特征.当温度为1000℃时,得到产物中Ti3AlC2纯度可达到93%.通过对点阵常数测定可知随着热处理温度的提高Ti3AlC2点阵常数逐渐接近理论值.     

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。     

TiB_2/Cu复合材料微波烧结制备工艺探讨

以TiB2/Cu复合粉末压坯为研究对象,应用微波烧结炉对其进行烧结。探讨了微波烧结制备TiB2/Cu复合材料的几种基本的工艺因素。结果表明,在微波烧结条件下,以SiC粉末作为辅助加热,可以得到较快的升温速率,并且温度易于控制;将试样放置于SiC粉末上,可以较好地进行温度测量,试样烧结外观较好;随着烧结温度和时间的增大,试样致密度有所提高。在1 000℃烧结10min得到的致密度最高。     

Ti2AlC／TiAl复合材料的抗热震性能研究

利用放电等离子烧结（SPS）技术，原位制备Ti2AlC／TiAl（Nb，B）复合材料，并对其进行快速升温热处理。采用残余强度法对复合材料在225～825℃范围内的抗热震性能进行测试。结果表明：随热震温差的升高，试样显微结构变得疏松，内部出现孔洞和裂纹，导致材料热震后强度下降；热处理后复合材料的抗热震性能明显提高，断裂方式的改变及显微组织的细化是产生这一现象的主要原因。