添加碳化钛对超细Ti(C,N)-Ni金属陶瓷显微结构和力学性能的影响

用传统粉末冶金法制备了添加碳化钛(TiC)的Ti(C,N)基金属陶瓷.为了得到超细晶粒的显微结构,主要硬质相[Ti(C,N),TiC和TiN]的初始粉末粒度为纳米、亚微米级.通过扫描电子显微镜观察,发现了一种新的白芯/灰壳结构,揭示了其形成机制.此外,通过能谱仪分析,获得了各相的化学成分.用X射线衍射仪并通过计算得出了各相的点阵参数.对室温下该材料的力学性能进行了测试,并尝试把它们与金属陶瓷的原始成分和显微结构的特点联系起来.     

Ti(C,N)基金属陶瓷氧化后的显微结构与力学性能

研究了Ti(C,N)基金属陶瓷的高温抗氧化性能。采用X R D、SEM分析了样品氧化后的物相组成及显微结构,并测试了试样氧化前后的抗弯强度和维氏硬度。实验结果表明:Ti(C,N)基金属陶瓷在800℃时氧化不明显,但抗弯强度开始下降;样品在900℃时开始剧烈氧化,材料的抗弯强度呈现明显的下降趋势,试样氧化前后的硬度变化较小。随着氧化温度的升高,氧化层厚度明显增加,Ti(C,N)被氧化变成TiO 2。     

Ti(C,N)基金属陶瓷烧结工艺的现状及进展

介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷的性能,主要综述了Ti(C,N)基金属陶瓷在高速刀具的应用和制备工艺的基本原理。着重讨论了各种烧结工艺的优缺点,并展望了Ti(C,N)基金属陶瓷未来的发展方向。     

Ti(C,N)基金属陶瓷氮化处理后的表面组织结构及形成机理

对Ti(C，N)基金属陶瓷进行了表面氮化处理。用SEM，EPMA，TEM／EDX分析了材料表面显微组织的特征。研究发现，材料表面形成了富N、富Ti的相，它们包覆在硬质颗粒的表面。硬质颗粒周围的环形相的体积分数大大减少。晶粒尺寸也明显减小。紧邻表面硬化层，出现了一层金属粘接相含量较高的过渡层。表面氮化处理使Ti(C，N)基金属陶瓷的表面硬度得到明显的提高，而基本上不影响其抗弯强度。表面较高的-N的活度是促使各合金元素扩散，形成上述特征组织的驱动力。     

Ti(C,N)基金属陶瓷性能影响因素及发展趋势

Ti(C,N)基金属陶瓷作为一种新型的工具材料,具有密度低、室温硬度和高温硬度都优于WC基硬质合金、化学稳定性和抗氧化性好、耐磨性好等优点。介绍了Ti(C,N)基金属陶瓷的基本组成和结构,组织性能及其影响因素,综述了Ti(C,N)基金属陶瓷的研究现状,指出了其未来的发展方向和应用。     

不同含量Ce对Ti(C,N)基金属陶瓷的结构和性能的影响

采用固溶型Ti(C,N)、Mo2C、WC、Co、Ni、Ce作为原料粉末,通过粉末冶金真空液相烧结Ce改性的Ti(C,N)基金属陶瓷材料,并对金属陶瓷复合材料的微观形貌和性能进行分析。研究结果表明,添加稀土Ce后,Ti(C,N)基金属陶瓷的硬质相变得细小且均匀,微观组织中的空隙和缺陷也减少了;随着Ce含量的增加,金属陶瓷材料的维氏硬度、抗弯强度以及断裂韧性均呈现出先增大后逐渐减小的趋势,当Ce的含量增加到0.5 wt%时,金属陶瓷材料的维氏硬度、抗弯强度以及断裂韧性达到最佳,分别为102.3 HRA、902.2 MPa、11.5 MPa·m1/2。     

Ti(C,N)对刚玉质浇注料性能的影响

骨料采用电熔白刚玉,基质采用白刚玉细粉、活性α-Al2O3微粉、SiO2微粉及Ti(C,N)微粉,按骨料与基质质量比为70:30,α-Al2O3微粉和Ti(C,N)微粉总质量分数固定为10%,制备了Ti(C,N)含量(质量分数)分别为0、5%和10%的三种刚玉质浇注料,对比了三种材料的常温物理性能、抗碱(K2O)性能及抗渣性能,并借助XRD和光学显微镜研究了材料的物相组成和显微结构。结果表明:加入Ti(C,N)后,刚玉质浇注料经1500℃3h热处理后强度显著增大,抗碱(K2O)性能及抗渣性能随Ti(C,N)加入量的增加而逐渐提高。其主要机理为:Ti(C,N)促进了材料的高温烧结,改善了材料的显微结构;同时Ti(C,N)化学稳定性优良,难于被熔渣润湿,材料基质中均匀分散的Ti(C,N)减弱了碱(K2O)及熔渣对刚玉质浇注料的渗透和侵蚀。     

镀镍碳纳米管对Ti(C、N)-Co金属陶瓷材料力学性能的影响分析

研究了镀镍碳纳米管对Ti(C、N)-Ni金属陶瓷材料显微结构和力学性能的影响。通过真空烧结方法制备出了Ti(C、N)-Ni金属陶瓷。其显微结构存在两种晶粒组织结构,一种是黑芯/灰环,另一种是白芯/灰环。且随着镀镍碳纳米管添加量的增加,显微结构呈现粗化的趋势。镀镍碳纳米管对金属陶瓷力学性能的影响是显著的。结果表明,抗弯强度和硬度随着碳纳米管添加量的增加呈现先增加后减小的趋势,抗弯强度和断裂韧性分别在添加量为1wt%和2.5wt%时达到最大值,而断裂韧性在镀镍碳纳米管添加量为0~2.5wt%范围内随镀镍碳纳米管添加量的增大而增大且在2.5wt%时达最大值。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的研究进展

介绍了Ti（C，N）基金属陶瓷的基本组成和结构，综述了Ti（C，N）基金属陶瓷的研究现状，指出了未来的发展方向和应用。     

Ti(C0.12 N0.88)粉末的高温合成

本文研究了以TiC和TiN粉末为原料，通过高温反应直接合成Ti(C0.12 N0.88）。实验表明，按设定组成的摩尔比TiC/TiN等12/88，在1500℃，Ar气氛下恒温5小时，能直接反应合成Ti(C0.12 N0.88）粉末。     

烧结气氛对合成MgAl2O4-Ti(C,N)复合陶瓷的影响

以金属铝粉、钛白粉和轻烧MgO细粉为原料,通过设计100%焦炭粒(简称C气氛),10%钛白粉 90%焦炭粒(简称TC气氛),以及10%硅微粉 90%焦炭粒(简称SC气氛)3种埋粉条件下的高温烧结还原性气氛,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和微区电子探针分析(EPMA)等手段,研究了铝热还原氮化法(1600℃3h)制备MgAl2O4-Ti(C,N)复合陶瓷在不同烧结气氛下的相组成和显微结构的变化。结果表明在不同气氛下,烧后试样的主要物相均为MgAl2O4和Ti(C,N),Ti(C,N)可能会固溶氧,气氛对Ti(C,N)的影响较大。和单纯埋炭气氛下相比,在TC气氛下有助于Ti(C,N)的生成,但晶粒细小;在SC气氛下不利于Ti(C,N)的生成,且有玻璃相存在。     

粉末分散对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响

由平均粒径为0．2μm的TiC，TiN细粉，经1430℃，1h真空烧结制备了Ti(C，N)基金属陶瓷。由扫描电镜和强度、硬度测量研究了金属陶瓷的微观结构和性能。原料粉末以聚氧乙烯十二烷基醚为分散剂．蒸馏水为液体介质，溶液pH值保持在6～7之间，并使用超声波分散，悬浮液过筛后烘干。扫描电镜分析表明：经分散后的粉末颗粒团聚较少、分散良好。分散后细粉以相同工艺制备得Ti(C，N)基金属陶瓷。与未分散细粉烧结体对比表明：由分散细粉获得的金属陶瓷的硬度、抗弯强度均优于未分散细粉制备的烧结体，前者的硬度HRh为90．2，抗弯强度为2108MPa；后者分别为89和1983MPa，其微观结构特征为存在较多的细小均匀的黑芯白壳包覆层结构。细粉分散后，颗粒大小的分布较均匀而影响了液相烧结中的溶解-析出过程，这是金属陶瓷微观结构和性能得到改善的重要原因。     

Cr3C2和VC对Ti(C,N)基金属陶瓷中环形相的价电子结构和性能的影响

根据固体与分子经验电子理论，计算了Ti(C，N)基金属陶瓷中界面环形相的价电子结构，讨论了其价电子结构与塑性间的关系。当材料晶体结构相同时，Σna可用来比较其塑性的相对高低。Cr在环形相(Ti，Mo)(C，N)中的固溶，可使其塑性增强，V在环形相中的固溶将使其塑性变差。在计算的基础上进行实验，实验结果表明：Cr3C2的适量加入确实有利于提高金属陶瓷的强度，最终所制备出金属陶瓷的强度比典型成分体系材料的提高了1倍以上；尽管VC的加入能使材料的晶粒得到有效地细化，但它使环形相塑性降低，使金属陶瓷的抗弯强度略有增加。     

Mo对Ti(C,N)金属陶瓷组织结构和力学性能影响

以原始粉体作为原料,采用传统的粉末冶金方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究不同钼含量对Ti(C,N)金属陶瓷的显微组织结构和力学性能的影响。根据设计的成分配方,采用传统的粉末冶金方法按照优选的工艺来制备一系列的金属陶瓷试样,在不改变金属陶瓷硬度和抗热震能力的基础上,尽量提高其硬度和其他力学性能。对烧结试样的表面进行必要的处理,采用X射线衍射(XRD)、金相显微镜、维氏硬度仪等表征方法研究了Mo含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织结构和力学性能的影响。实验结果表明:Mo含量在(5wt%～10wt%)范围内,材料的相对密度随Mo含量的增加而提高,而Mo含量在(5wt%～10wt%)范围内,材料的相对密度随Mo含量的增加而降低,Mo含量为10wt%时,金属陶瓷的相对密度最高。在Mo含量一定的范围内(5wt%～15wt%),随着Mo含量的增加,硬度先升高后降低,断裂韧性降低,分别掺加10wt%Mo和5wt%Mo时获得最大的硬度和断裂韧性。随着热震温度的升高和热循环次数的增加,金属陶瓷中的裂纹增多;钼含量较低的Ti(C,N)金属陶瓷抗热震性能较好,当钼含量为15wt%时,压痕裂纹扩展较明显。     

原位热压2TiC/Ti/Al合成Ti3AlC2陶瓷

以2TiC/Ti/Al为组分采用原位热压技术制备Ti3AlC2陶瓷。采用XRD和SEM分析不同工艺时合成产物的物相组成和显微结构。结果表明：恰当的加压工艺和升温速率控制,能够合成高纯Ti3AlC2陶瓷。用TiC粉替代C和部分Ti粉有利于Ti3AlC2的原位合成。     

碳化钛粒径对碳氮化钛基金属陶瓷微观结构和力学性能的影响

用粉末冶金真空烧结法制备了超细晶粒碳氮化钛[Ti(C,N)]基金属陶瓷.研究了原始粉末粒径对Ti(C,N)基金属陶瓷微观结构和力学性能的影响.结果表明:在化学成分相同的条件下,晶粒细化使材料的Vickers硬度和抗弯强度上升,但断裂韧性有所下降.在超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织中出现了一种新型的白芯/灰壳结构和一种特殊化合物(Ni2Mo2.5W1.3)Cx.初步研究表明:由于原始粉末粒径微小,促进了扩散反应因而生成了这种芯/壳结构.芯/壳结构有利于提高材料的抗弯强度和断裂韧性.(Ni2Mo2.5W1.3)Cx有利于提高材料的Vickers硬度,但是降低了Ti(C,N)基金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性.     

原料体系对热压烧结制备Ti_3SiC_2材料的影响

以Ti/Si/C,Ti/SiC/C和Ti/Si/TiC粉为原料体系,采用真空热压烧结制备纯样Ti_3SiC_2,通过XRD和SEM研究了不同原料体系和烧结温度对试样相组成、致密度及显微结构的影响。研究表明:烧结温度为1550℃时,Ti/Si/TiC体系制备的纯样Ti_3SiC_2主晶相为Ti_3SiC_2,第二相为TiC,Ti_3SiC_2相含量为94%,为各试样中最高,Ti_3SiC_2材料较其他试样致密且Ti_3SiC_2晶粒发育成均匀良好的板状晶粒,粒径约为20μm;制备纯度较高的Ti_3SiC_2材料需要提高Ti/Si/C,Ti/SiC/C原料体系的烧结温度。     

超重力下燃烧合成高硬(Ti,W)C基复合陶瓷

用超重力下燃烧合成(combustion synthesis under high gravity)法制备了(Ti,W)C基复合陶瓷。用X射线衍射仪、场发射扫描电镜及能谱仪研究了陶瓷产品的物相组成与微观形貌。对陶瓷的形成机理进行了分析,同时对陶瓷的性能进行了测试。结果表明:(Ti,W)C陶瓷基体主要由TiC与(Ti0.55W0.45)C0.51组成;其形成机理主要分为两个阶段,首先在超重力下燃烧反应快速进行,生成液态氧化物位于上部、Ti-W-Fe-C-B合金液位于下部的分层熔体结构,最后由于C原子相对于B原子具有更高的浓度与更快的扩散速率,TiC在合金液相冷却过程中优先成核、析出,随即,(Ti0.55W0.45)C0.51依附于TiC而析出。力学性能测试表明,(Ti,W)C基复合陶瓷相对密度、Vickers硬度、弯曲强度及断裂韧性分别为99.3%,25.6GPa,1060MPa与8.5MPa·m1/2。     

WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响研究

用传统的粉末冶金方法制备了不同WC含量的超细Ti(C,N)基金属陶瓷试样,运用SEM,EDX等手段对材料的显微组织进行了表征分析,并用这些显微组织的特征和差异解释了材料宏观力学性能的特点.结果表明,金属陶瓷的组织为典型的两相结构特征,其中陶瓷相的芯、壳结构(core/timstructure)与溶解析出机制有关.少量WC的加入能提高材料的力学性能.断口SEM分析表明:断裂机理为典型的混合型断裂(穿晶断裂和沿晶断裂),金属相存在着明显撕裂的痕迹.     

原位生成陶瓷相结合Ti(C,N)复合材料及其性能研究

以TiO₂粉、鳞片石墨和Si粉为原料，采用碳热还原氮化法在1 450℃保温2 h制备了陶瓷相结合Ti(C,N)复合材料。研究了Si粉加入量(加入质量分数分别为0、5%、15%、25%)对材料物相组成、显微结构、物理性能及抗氧化性的影响。结果表明：适量Si粉的引入有利于细化Ti(C,N)晶粒，提高Ti(C,N)复合材料的常温力学性能与抗氧化性。当Si粉加入量为5%(w)时，原位生成陶瓷相结合Ti(C,N)复合材料的综合性能较优，其显气孔率、常温抗折强度和常温弹性模量分别约为(38.8±1.6)%、(62.5±2.4)MPa及(59.6±2.2)GPa。随Si粉加入量(w)进一步增加至15%或25%,复合材料的体积密度和力学性能下降。