超重力下燃烧合成TiC-TiB2细晶复合陶瓷

采用超重力下燃烧合成工艺,以快速凝固方式制备出TiB2系列含量的TiC-TiB2细晶复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,随TiB2含量的增加,TiC-TiB2复合陶瓷基体从TiC微米球晶组织逐渐转化为TiB2小尺寸片晶组织,且对于TiB2含量为50%的TiC-TiB2复合陶瓷,可获得TiB2小尺寸片晶均匀镶嵌于TiC基体上的共晶组织。力学性能测试结果表明,TiB2的摩尔分数为50%的TiC-TiB2复合陶瓷因在凝固过程中发生共晶反应,陶瓷相对密度和硬度均达到最高值(分别为98.6%和18.4GPa),并且因TiB2小尺寸片晶在裂纹扩展时所诱发的裂纹偏转、桥接及片晶拔出增韧机制的协同作用,TiB2的含量为66.7%的TiC-TiB2复合陶瓷具有最高的断裂韧度(13.4MPa·m0.5)。     

NiAl含量对反应合成TiC-TiB_2-NiAl物相及组织结构的影响(英文)

以Ti、B4C、Ni、Al粉末为原料,通过自蔓延高温反应合成工艺(SHS)制备TiC-TiB2-NiAl复合材料,研究NiAl含量对反应产物的物相组成及组织结构的影响。结果表明:Ti+B4C+Ni+Al粉末SHS反应产物的物相组成为TiB2、TiC和NiAl,随着Ni+Al添加量的增多,NiAl相的衍射峰强度逐渐增强;TiB2、TiC和NiAl在基体中呈现不同的形态,其中TiB2呈六边形或长条状,TiC呈圆形,NiAl填充在TiC和TiB2颗粒之间;随着NiAl含量的增加,TiC-TiB2-NiAl复合材料的晶粒逐渐被细化,致密度和抗压强度均被提高,TiC的形态由不规则形状转变为圆形。复合材料的断裂方式由单纯的沿晶断裂转变为混合的沿晶断裂和穿晶断裂。     

超重力场反应加工TiB2基凝固陶瓷——Ti-6Al-4V多尺度多层次复合研究

采用超重力场反应加工技术,通过陶瓷-钛合金之间熔化连接与原子互扩散,制备出TiB2基凝固陶瓷—Ti-6Al-4V层状复合材料。XRD、FESEM及EDS分析发现,正是作为陶瓷基体相的TiB2片晶(或板晶)可诱发强烈的自增韧机制,使TiC-TiB2细晶凝固陶瓷具有高的弯曲强度与断裂韧性,并且也正是因在超重力场反应加工引发的热真空环境下钛合金与液态陶瓷发生熔化连接与原子互扩散,进而在凝固后期相继诱发TiB2与Ti液的包晶反应、TiB自钛液的析晶反应及TiB与钛液的共晶反应,最终实现以TiB2、TiB尺寸与分布为特征的陶瓷—钛合金多尺度(微米—亚微米—微纳米)多层次(TiC/TiB2—TiC1-x/TiB/TiB2—TiB2/Ti/TiC1-x/TiB—TiB2/TiC1-x/TiB/Ti—TiB/TiC1-x/Ti—TiC1-x/Ti—Ti)复合。     

超重力场反应加工TiB2基陶瓷与钛合金复合的研究

采用超重力场反应加工技术,通过陶瓷-钛合金之间熔化连接与原子互扩散,成功制备出TiB2基凝固陶瓷-Ti-6Al-4V层状复合材料。经XRD、FESEM及EDS分析发现,正是作为陶瓷基体相的TiB2片晶(或板晶)可诱发强烈的自增韧机制,使TiC-TiB2细晶凝固陶瓷具有高的弯曲强度与断裂韧度,并且是在超重力场反应加工引发的热真空环境下钛合金与液态陶瓷的熔化连接与原子互扩散,进而在凝固后期诱发TiB2与Ti液的包晶反应、TiB自钛液的析晶反应及TiB与钛液的共晶反应,最终实现以TiB尺寸、分布为特征的陶瓷-钛合金多尺度(微米-亚微米-微纳米)多层次(TiC/TiB2-TiC1-x/TiB/TiB2-TiB2/Ti/TiC1-x/TiB-TiB2/TiC1-x/TiB/Ti-TiB/TiC1-x/Ti-TiC1-x/Ti-Ti)复合。     

(Cr_2O_3+Al)粉末铝热剂对6061铝合金电阻点焊熔核的影响

通过添加Cr2O3+Al粉末铝热剂介入6061铝合金电阻点焊,研究Cr2O3+Al粉末铝热剂介入对电阻点焊熔核成形、显微组织、力学性能等质量因素的影响.研究结果表明,在Cr2O3+Al粉末铝热剂冶金反应提供的铝热反应热的辅助作用下,可以有效增大6061铝合金的熔核尺寸.由于反应热的释放使熔核中心周围区域温度梯度降低;Cr2O3+Al粉末铝热剂的添加,使熔核中心区域分布了更多的异质形核晶核,并促使凝固进程中的固—液界面前沿出现大范围成分过冷,从而更有利于等轴晶的形核.熔核中心等轴晶的分布更为均匀,枝晶束更为细小,并强化熔核胞状晶区,从而使焊点强韧性得到提高.     

基于Ti-B_4 C-C反应自生TiC-TiB_2复合陶瓷的结构演化北大核心CSCD

采用超重力辅助反应加工技术,制备出了TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、SEM与EDS结果表明,TiC-TiB2复合陶瓷主要由大量、细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上的独特组织构成。超重力下的燃烧化学和液相分离效应促使反应原料转化为纯净的Ti-W-Cr-C-B合金液,并随即发生凝固反应。TiC在凝固过程中率先形核,TiB2依附于TiC形核析出,二者以合作方式生长,但是由于TiC较TiB2具有更快的生长速率,从而形成TiC包覆TiB2片晶的独特组织。     

激光熔覆原位合成TiC-TiB2复合涂层

为了提高材料表面的强度及耐磨性,在Fe901自熔性合金粉末中添加了不同比例的(TiO2+B4C+C+Al)混合粉末,采用激光熔覆技术在45钢表面成功制备了TiC-TiB2增强复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和磨损试验机等对复合涂层的相组成、显微组织形貌及力学性能进行了分析,同时对反应体系进行了热力学计算。结果表明:复合涂层与基材呈冶金结合,无气孔、裂纹等缺陷。反应体系满足原位合成TiC和TiB2的热力学条件。涂层物相由α-Fe、TiC、TiB2和(Fe,Cr)7C3组成。细小的方块状TiC颗粒和长条状TiB2均匀弥散分布于涂层基体上,可起到进一步细化组织及沉淀强化的作用。添加(TiO2+B4C+C+Al)混合粉末后,涂层组织明显细化且树枝晶数量减少,并且随着添加量增多,组织越细小。TiC-TiB2增强复合涂层显微硬度在720~760HV0.2之间,比不含TiC-TiB2的涂层提高了30%左右,耐磨性明显提高,混合粉末添加质量分数为50%时耐磨性最好。     

氧化铝陶瓷基复合材料的制备与微观组织

采用燃烧合成法在陶瓷和石墨铸型中成功制备了Al2O3-Cr和Al2O3-(Cr2O3)-Cr陶瓷基复合材料。通过热力学计算与分析，探讨了AlO3和Cr2O3稀释剂与反应起始温度、绝热温度的关系。加入稀释剂使反应起始温度升高，而绝热温度降低。研究了稀释剂和冷却条件对复合材料微观组织的影响。改变稀释剂配比可得到Al2O3和Al2O3-Cr2O3固溶体基复合材料，在稀释剂含量适当时，金属Cr相细小、均匀地分布于氧化铝陶瓷基体，尺寸达到亚微米级；石墨型所得试样组织的均匀性和微细度优于陶瓷铸型。     

超重力下燃烧合成TiB_2-(Ti,W)C共晶复合陶瓷结构

采用超重力下燃烧合成工艺,可以制备出大体积凝固态碳硼化物基共晶复合陶瓷,同时为抑制TiC-TiB2复合陶瓷的热裂倾向,在制备过程中加入一定量的WO3作为铝热反应的氧化剂之一,通过燃烧合成获得Ti-W-Cr-C-B合金液相,进而制备出低缺陷、高致密性的TiB2-(Ti,W)C共晶复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS结果显示,陶瓷基体主要由TiB2-(Ti,W)C共晶组织构成,且在基体边界上存在少量的Al2O3和Al2O3-ZrO2共晶组织。由于超重力诱发反应熔体内部分层,导致熔体中液态氧化物浮于熔体上层,而Ti-W-C-B合金液相则位于熔体下部,最终凝固生成TiB2-(Ti,W)C复合陶瓷。由于W/Ti无限互溶,W原子向TiC中扩散,在TiC中形成了(Ti,W)C固溶体,(Ti,W)C固溶体完全保持了TiC的晶格结构。性能测试表明,TiB2-(Ti,W)C共晶复合陶瓷的相对密度、硬度和断裂韧度均较高,分别为98.4%、26.4GPa和7.6MPa.m1/2。     

TiC-TiB2细晶陶瓷凝固组织、断裂行为与原位增韧

通过采用超重力下燃烧合成制备TiC-TiB2细晶陶瓷,研究了陶瓷凝固组织与晶体生长特征,探讨了陶瓷显微组织与断裂行为、增韧机制的关系。XRD、FESEM与EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由大量细小的TiB2片晶及分布其周围的形状不规则的TiC相构成,TiB2片晶的形成是因其小平面晶体生长特性所致,而不规则TiC的晶体形貌则是因非小平面晶体生长特性及高的生长速率所造成的。陶瓷相对密度、硬度(HV)、弯曲强度及断裂韧度分别为98.6%、21.8GPa、650MPa、12.5MPa·m1/2,并且陶瓷增韧是小尺寸TiB2片晶的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及摩擦互锁原位增韧机制协同作用的结果。     

TiB2含量和烧结温度对B4C/Al2O3基复合陶瓷的影响

利用原位反应热压工艺制备了B4C/Al2O3基复合陶瓷,研究了TiB2含量和烧结温度对B4C/Al2O3基复合陶瓷力学性能和微观结构的影响.结果表明,当TiB2含量低于8.7％时,随原位反应生成的TiB2含量的增加,有效的促进了B4C/Al2O3/TiB2复合陶瓷的烧结,提高相对密度,改善了力学性能.当烧结温度低于1900℃时,其力学性能随烧结温度增加而提高;当超过1900℃时,其力学性能随烧结温度的提高而降低.在1900℃,60 min时,B4C/Al2O3/TiB2复合陶瓷获得最佳综合力学性能,其硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为24.8 GPa、4.82 MPa·m1/2和445.2 MPa.     

Cr-Al(Cr)2O3金属陶瓷的燃烧合成与致密化

采用燃烧合成法，通过调整反应体系成分并控制凝固过程，成功制备了金属Cr相分布均匀、尺寸可达亚微米级的Cr-Al(Cr)2O3金属陶瓷．研究了聚合物及体系成分对金属陶瓷微观组织和燃烧合成过程的影响．结果表明，添加聚合物显著降低了Al-Cr2O3-A12O3体系的引燃温度，缩短了引燃时间，并改善了Cr颗粒在陶瓷基体上的分布均匀性．加入稀释剂Al2O3以及Cr2O3过量可细化Cr颗粒，使Al2O3基体变为Al2O3和Al(Cr)2O3．对燃烧合成熔体施加较低的压力，获得了致密的Cr-Al(Cr)2O3金属陶瓷，解决了燃烧合成致密化的问题．     

反应熔铸(Ti,W,Cr)B_2-(Ti,W,Cr)C复相陶瓷刀具材料

采用超重力场反应熔铸技术,以(Ti+B_4C)为主体系,辅以(CrO_3+WO_3+NiO+Al)复杂铝热体系,制备出(Ti,W,Cr)B_2-(Ti,W,Cr)C陶瓷刀具材料。XRD、FESEM与EDS分析表明:(Ti,W,Cr)B_2-(Ti,W,Cr)C陶瓷基体主要由(Ti,W,Cr)B_2块晶、不规则(Ti,W,Cr)C、AlNi及少量Al_2O_3构成。燃烧体系反应完成后,Al_2O_3熔滴被分离,得到Ti-W-Cr-Ni-C-B混合熔体。在混合熔体的冷却凝固过程中,TiC优先形核析出,[W]、[Cr]原子取代部分[Ti],扩散至TiC相中,先后生成(Ti,W)C、(Ti,W,Cr)C;在TiB_2长大过程,[W]、[Cr]原子取代部分[Ti],生成(Ti,W,Cr)B_2;在凝固后期,[Ni]与少量未反应的[Al]反应生成AlNi,分布于基体间,提高了陶瓷的致密性。     

原位TiB_2/Al复合材料制备及凝固过程研究

利用原位法制备了TiB2/Al复合材料。根据X-射线衍射图探讨了增强相形成机制,测定了材料凝固动态曲线并分析了影响凝固的3个主要因素,采用扫描电镜研究了材料的拉伸性能。结果表明,当B2O3与TiO2的摩尔比为1.0时,反应式为:3TiO2+10Al+3B2O3→5Al2O3+3TiB2。影响材料凝固的3个主要因素是颗粒在母相中的分布,B2O3与TiO2的摩尔比以及反应温度。材料的强化主要是TiB2颗粒的弥散强化(即奥罗万机制)和TiB2为形核核心作用所导致的晶粒细化,材料的断裂属于TiB2颗粒被拔出而形成的微孔聚集型韧性断裂。     

W-Cr-Ni对反应熔铸(Ti,W,Cr)B_2-(Ti,W,Cr)C复相陶瓷刀具材料的影响

采用超重力场反应熔铸技术制备出(Ti,W,Cr)B2-(Ti,W,Cr)C复相陶瓷刀具材料,研究了W-Cr-Ni对材料制备过程的影响。XRD、FESEM与EDS分析表明,陶瓷基体主要由(Ti,W,Cr)B2四方晶、不规则(Ti,W,Cr)C、Al Ni及残余的Al2O3构成。随着W-Cr-Ni含量的增加,(Ti,W,Cr)B2与(Ti,Cr,W)C尺寸呈先增大后减小趋势。燃烧反应速率和熔体分离速率随W-Cr-Ni含量的增加而逐渐增大,而残留的Al2O3则逐渐减少。在冷却凝固过程中,Ti C与Ti B2先后形核析出,在其长大过程中,[W]、[Cr]原子取代部分[Ti],扩散至Ti C与Ti B2中,生成(Ti,W,Cr)C与(Ti,W,Cr)B2。随着W-Cr-Ni逐渐增加,[Ti]、[B]、[C]原子扩散距离逐渐增大,[W]、[Cr]扩散至(Ti,W,Cr)B2与(Ti,W,Cr)C晶体内部的含量也逐渐增大。在凝固后期,[Ni]与少量未反应的[Al]反应生成Al Ni,分布于基体间,提高了陶瓷的致密性。     

原位生成NiAl/(TiB2+Al2O3)复合材料的组织与性能

采用原位反应法制备了NiAl／（TiB2＋Al2O3）复合材料,从反应放热角度分析了Ni-Al及Al-TiO2-B2O3的反应过程;对试样进行X射线衍射分析、扫捕电镜及能谱分析。结果表明：合成复合材料的物相包括NiAl、TiB2和Al2O3陶瓷相以及少量的Ni同溶体,没有发现Al、B2O3和TiO2;各相界面清洁,无污染。原位生成的TiB2和Al2O3陶瓷相,呈棒条状和颗粒状分布在NiAl基体上。显微硬度测试结果表明,陶瓷相的生成提高了NiAl基体的硬度,且随陶瓷体系含量的增加,硬度呈增加趋势。     

SHS反应喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的热力学分析与实验

基于SHS反应火焰喷涂技术,在钢基表面制备了TiC-TiB2复相陶瓷涂层.通过对SHS火焰喷涂陶瓷涂层反应体系的设计和其热力学计算,给出了SHS反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的最佳配系.研究得出,当Ti,B4C和C组成的反应体系按1435摩尔比配制时,SHS反应易实现点火,反应绝热温度高,反应速度快,反应产物为TiC0.7N0 3与TiB2二相构成的共晶体,但其特有的共晶层状结构不明显,为交叉复相结构,陶瓷涂层较致密,机械性能较好,陶瓷与钢基体的结合强度可达27.5 MPa,显微硬度HV达15 270 MPa,耐磨性良好.     

超重力下燃烧合成Al2O3／ZrO2的成分、结构与性能

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)粉末,在超重力下燃烧合成制备出不同成分与结构的Al2O3/ZrO2(4Y)大体积复合陶瓷板材,并研究了复合陶瓷成分、显微结构与力学性能之间的关系.XRD、SEM与EDS分析表明,Al2O3/33ZrO2(4Y)是以取向各异且纳微米t-ZrO2纤维呈三角对称镶嵌其上的棒状共晶团为基,其周围分布着t-ZrO2微米球晶;同时,Al2O3/40ZrO2(4Y)则以t-ZrO2微米球晶为基,周围分布着不规则形状的αAl2O3晶及少量的共晶团组织.与国外定向凝固Al2O3/ZrO2(Y2O3),Al2O3/33ZrO2(4Y)复合陶瓷比较强硬性的提高可归因于材料的高致密性、小尺寸缺陷及残余压应力增韧、相变增韧机制所导致的高断裂韧度;同时,Al2O3/40ZrO2(4Y)虽在硬度上有所下降,但弯曲强度与断裂韧度却比国外同类材料分别提高了19.0%与311.1%,故材料的强化可认为是因t-ZrO2微米球晶基体所具有的小尺寸缺陷及相变增韧与微裂纹增韧机制所诱发的高断裂韧度所致.     

Ti-47Al-2Cr-2Nb-xTiB_2合金与Al_2O_3陶瓷型壳界面反应的研究

实验室条件下制备了Ti-47Al-2Cr-2Nb-xTiB2(x=0、0.6%、1.0%,体积分数)合金熔体与Al2O3陶瓷型壳的界面反应层。借助SEM、EDS、XRD以及显微硬度测量等手段,对3种TiAl基合金熔体与Al2O3陶瓷型壳的界面反应情况进行了分析和比较。结果表明,TiAl基合金中加入TiB2,能有效减少TiAl基合金熔体与Al2O3陶瓷型壳的界面反应。TiAl基合金与AlO陶瓷型壳间的界面反应是一种不均衡进行的扩散型化学反应,并建立了界面反应的宏观模型。     

基于自蔓延高温合成技术制备Al_2O_3-TiB_2复相陶瓷

采用由自蔓延高温还原技术合成的TiB2陶瓷粉料,结合商业Al2O3粉,在不同组成和不同烧结温度下热压制取Al2O3-TiB2复相陶瓷材料,对该材料的力学性能和微观结构特征进行研究。结果表明：随着TiB2含量的增加,Al2O3-TiB2复相材料的相对密度、硬度和抗弯强度呈现先增加后下降趋势,性能最佳点出现在TiB2含量为50％左右。而随着烧结温度的提高,上述性能呈现先快后慢增加趋势。