Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合材料化学相容性分析

应用热力学原理计算分析了Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合陶瓷材料体系中各组分间化学反应的可能性.结果表明,在1800℃范围内各组分间不会发生化学反应.并通过Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合陶瓷材料的热压烧结制备进行了实验验证.     

Ni和Ti的添加对Al2O3-Ti（C,N）复合材料性能的影响

研究了Ni和Ti的添加对真空热压烧结方法制备的Al2O3-Ti(C,N)陶瓷基复合材料的显微组织和力学性能的影响.发现添加Ni和Ti的复合材料主要由Al2O3、Ti(C,N)和Ni组成,没有发现存在金属Ti.Ti由于非常活泼,在热压烧结过程中可能与石墨模具产生的含C气氛反应生成TiC,或与高温下Ti(C,N)的少量分解产生的N2气氛反应生成TiN,这有利于减少复合材料中的气孔.适量添加Ni可通过液相烧结促进复合材料的致密化,提高复合材料的相对密度,并能通过产生裂纹偏转和裂纹桥联提高复合材料的断裂韧性.热压温度为1550℃、等摩尔比的Ni和Ti混合粉末添加量为5vol%时,Al2O3-Ti(C,N)-Ni-Ti复合材料的相对密度为99.6%,硬度为21GPa,抗弯强度为818MPa,断裂韧性为8.1 MPa.m1/2.     

原位热压合成Ti3AlC2/Al2O3复合材料的研究

以Ti,Al,Tic,TiO2粉末为原料,采用原位热压合成法制备了Ti3AlC2/Al2O3复合材料.主要考察不同Al2O3含量对复合材料性能的影响.在1 400℃,30 MPa压力,保温2 h条件下烧结制得致密的Ti3Alc2/Al2O3块体材料.采用XRD分析了不同Al2O3,含量的复合材料的相组成.用SEM观察组织结构特征.测量了维氏硬度和电导率同Al2O3含量的关系曲线.研究结果表明,A12O3,的加入可大幅度提高复合材的硬度.Ti3AlC2/25%A12O3的维氏硬度可达8.7 GPa.虽然添加Al2O3后复合材料的电导率有所下降,但Al2O3对复合材料强度和硬度的增加有显著的贡献.Ti3Al2C2/Al2O3乃不失为一种性能良好的高温结材材料.     

添加物对Al2O3-TiC/Ti（C,N）系陶瓷复合材料组织和性能的影响

Al2O3-TiC/Ti(C,N)系陶瓷复合材料具有广阔的应用前景,但综合性能还有待进一步改善。分析讨论了TiC/Ti(C,N)主要成分含量对组织性能的影响,综述了Cr2O3、Y2O3、ZrO2等化合物添加物和Fe、Al、Co、Ni、Mo等金属添加物对Al2O3-TiC/Ti(C,N)系陶瓷复合材料中组织和性能影响的研究结果,并比较分析了其各自的特点。     

SiC晶须和Ti(C,N)颗粒协同增韧Al2O3陶瓷刀具的研究

采用热压工艺烧结制备了SiCW-Ti(C,N)-Al2O3(Y2O3)陶瓷刀具复合材料.研究了不同烧结温度(1600～1750℃)下,材料的致密度和力学性能(断裂韧性KIC,维氏硬度HV和抗弯强度σf)随晶须含量(10%～40%)的变化关系;探讨了SiC晶须和Ti(C,N)颗粒对Al2O3基体的协同增韧机理.同时与SiCW-Al2O3陶瓷及Ti(C,N)-Al2O3陶瓷作对比研究.结果表明:SiCW-Ti(C,N)-Al2O3(Y2O3)陶瓷材料在1750℃,晶须含量为20%时获得最佳的综合力学性能:KIC=7.11 MPa.m1/2,HV=21.16GPa,σf=820MPa;明显高于SiCW含量为20%的SiCW-Al2O3陶瓷和不加晶须的Ti(C,N)-Al2O3陶瓷.第三相Ti(C,N)颗粒的加入与晶须一起产生明显的迭加增韧效果,而且对SiCW的各种增韧机制起到了促进作用.     

Al_2O_3-ZrO_2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷的断裂韧性

以Al2O3-ZrO2复合粉末、W、Cr、Ni、Co粉末为原料,采用热压烧结工艺制备了性能优良的Al2O3-ZrO2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷复合材料。通过SEM,EDS,XRD等手段分析其微观组织,单边梁开口法(SENB)测量其断裂韧性。实验结果表明在1320℃,20MPa条件下热压烧结制备的Al2O3-ZrO2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷的断裂韧性为7.16±0.4MPa.m1/2,硬度为83.3HRA,横向断裂强度为540MPa,相对致密度为97.4%;对维氏压痕下裂纹扩展进行了分析,其增韧机理为延性金属对裂纹的桥梁作用和氧化锆相变增韧,在裂纹通过时硬质相以沿晶断裂为主。     

Ti/Al2O3复合材料性能研究

本文利用放电等离子烧结技术制备了致密的Ti/Al2O3复合材料.实验结果表明,60vol%Al2O3和80vol%Al2O3的Ti/Al2O3复合材料,界面处生成少量的TiAl,使得Ti与Al2O3间的界面能大于其单个晶粒的界面能,复合材料性能随Ti含量的增加而增大;40vol%Al2O3和20vol%Al2O3的Ti/Al2O3复合材料,界面处生成脆性的Ti3Al相,使得Ti与Al2O3间的界面能小于各自晶粒的界面能,材料的性能随Ti含量的增加而降低,同时断裂的模式也发生改变,由穿晶断裂为主转变为沿晶断裂,脆性的Ti3Al相是Ti/Al2O3复合材料力学性能降低的主要原因.     

超重力下燃烧合成TiC-(Ti,W)C基细晶陶瓷研究

采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出TiC-( Ti,W)C基细晶陶瓷.XRD,FESEM与EDS结果表明,TiC基复合陶瓷基体主要由球状的TiC细晶构成,同时在TiC-(Ti,W)C基体间还分布着少量的TiB2片晶、(Cr,W,Ti)3B2及Al2O3残余夹杂物.由于超重力的引入,促使液态产物分层,且因处于底部的Ti-W-Cr-C-B液相中Ti、C原子浓度高,使得TiC率先形核并快速生长,从而促进(Ti,W)C生长发育,最终生成TiC-(Ti,W)C基陶瓷.性能测试表明陶瓷相对密度与硬度分别为99.3％与22.5±1.5 GPa,并且因缺少有效的增韧机制,陶瓷断裂韧性较低,但是该陶瓷因内部缺陷尺寸小仍具有较高的弯曲强度.     

Cr3C2与（W,Ti）C增强氧化铝陶瓷的摩擦磨损性能

采用热压烧结技术制备了Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合陶瓷材料,对其物理力学性能、摩擦磨损性能进行测试,用扫描电镜(SEM)对其磨损表面进行观察。结果表明:Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C陶瓷材料具有良好的综合力学性能,在与硬质合金YG8圆环的对磨中表现出较高的减摩抗磨性能,摩擦因子与磨损率较单相Al2O3降低近50%。对其磨损机理研究认为,磨粒磨损为主要磨损机制,高的强度和韧性是其具有良好耐磨性能的主要原因。     

Ti_2AlC/Al_2O_3复合材料的原位合成及其力学性能

以Ti、TiC、Al和TiO2为原料,通过原位热压反应烧结法在1 350℃合成Ti2AlC/Al2O3复合材料。利用XRD详细研究了其反应过程,并分析了Al2O3对材料微观结构和性能的影响。结果表明,该体系在热压过程中的反应分多步进行,主要包括Ti粉与Al粉反应生成Ti-Al金属间化合物,TiO2与Al反应生成Al2O3以及Ti-Al金属间化合物与TiC反应生成Ti2AlC材料。原位反应生成的Al2O3均匀分布在Ti2AlC晶界上,抑制了Ti2A1C晶体的异常生长,从而使基体相Ti2AlC晶粒细小、均匀。力学性能测试表明Ti2AlC/12%(质量分数)Al2O3复合材料的硬度、抗压强度、抗弯强度和断裂韧性较Ti2AlC单相材料分别提高了66%,126%,130%和19.3%,并分析了其改性机理。     

SiC_w／Al_2O_3－（Ti，W）C复相陶瓷的微观结构及其力学性能

本文对Ａｌ_２Ｏ_３（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ和ＳｉＣｗ－Ａｌ_２Ｏ_３（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ的力学性能进行了分析对比，研究了热压工艺、ＳｉＣ晶须含量、晶须分散效果和晶须／基体的复合情况等对Ａｌ_２Ｏ_３（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ复相陶瓷力学性能的影响。从热膨胀系数失配角度分析和微观结构的观察证实，ＳｉＣ晶须及（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ固溶体对改善Ａｌ_２Ｏ_３陶瓷力学性能的效果是显著的，ＳｉＣ_ｗ－Ａｌ_２Ｏ_３．（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ陶瓷材料的增韧机制主要是裂纹偏转和裂纹桥接。     

添加TiC和Ti3AlC2对燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响

Ti、Al、C和TiC组成的Ti:Al:C=3:1.1:1.8(摩尔比)体系的燃烧合成实验结果表明,当在体系中未加入TiC时,得到的主要是TiC,但加入TiC后燃烧合成产物主要是Ti3AlC2,且Ti3AlC2量随TiC加入量的增加而增加,随燃烧反应体系温度的降低而增加;加入晶种Ti3AlC2有利于合成Ti3AlC2相物质.     

3Ti/Si/2C/0.2Al粉体在空气中燃烧合成Ti3SiC2

采用机械活化的3Ti/Si/2C/0.2Al单质粉体为原料,在空气中发生自燃反应,成功地合成了Ti₃SiC₂基材料. 采用XRD、SEM和EDS等手段,分析了合成产物的相组成和微观结构特征. 结果表明,机械合金化3Ti/Si/2C/0.2Al单质混合粉体,不仅细化了粉体颗粒,而且产生严重的晶格畸变,从而明显提高了粉体的反应活性. 把机械活化的粉体暴露在空气中,会发生剧烈的燃烧反应,并引发自蔓延反应,合成Ti₃SiC₂,冷却后变成多孔块体产物. 燃烧产物由Ti₃SiC₂、TiC和微量氧化物组成. 产物中Ti₃SiC₂含量约为83wt%. 产物表层比较致密和均匀,而内部则粗糙且多孔. 产物的表面是以Al₂O₃和TiO₂为主相的氧化膜,氧化物颗粒大小约为2~4μm. 氧化膜厚度约为5~10μm,比较致密. 内部为Ti3SiC2和TiC材料,板条状Ti₃SiC₂晶粒长约20~40μm,宽约2~4μm,发育完善. 粒状TiC晶粒大小约为3μm.     

无钴Ti（C,N）基金属陶瓷与3Cr2W8V钢的热疲劳行为差异

采用热疲劳龟裂网纹模拟法，定性地研究了无钴Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金陶瓷与３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢的热疲劳行为差异。结果表明，在相同周次的热循环下，前者热疲劳裂纹呈粗大交叉的直线，起源于试样棱边的尖角处，并以较快的速度进入失稳扩展，后者形成细小典型的龟裂网纹，扩展缓慢，显示出热疲劳抗力高于前者。     

模具钢稀土硼铝共渗的研究和应用

研究了3Cr2W8V钢稀土硼铝共渗工艺，试验表明，共渗层具有高硬度（HV1800－2000），低脆性和良好的耐磨等性能，通过实际应用，取得良好效果。     

3Cr2W8V钢压铸模具断裂分析

3Cr2W8V钢压铸模具在压铸了几件铝件后发生断裂失效,采用化学成分分析、宏观检验、金相检验和断口分析等方法,对3Cr2W8V钢压铸模具的断裂原因进行了分析。结果表明：模具材料在断裂处的显微组织不均匀,存在大颗粒状碳化物或集中分布的未溶碳化物是造成模具断裂的直接原因。     

3Cr2W8V钢形变热处理研究

3Cr2W8V钢广泛应用于有色金属热锻、热挤压和压铸成形.为进一步挖掘3Cr2W8V钢的使用潜力,提高模具材料综合使用性能和使用寿命,本文开展了针对该钢的形变热处理研究,讨论了形变温度、冷却方式及回火温度对试样组织与性能的影响.研究表明高温形变热处理不适宜于3Cr2W8V,形变后水冷优于空冷,并得出组织性能俱佳的优化形...     

Self-diffusion of transition metals in (Ti,W,Cr)B2 solid solutions

The self-diffusivities of Ti and Cr were determined in (Ti _x W _y Cr _z )B₂ ceramics which are a model system for the development of in-situ reinforced boride ceramics by tailored precipitate formation. Homogeneous solid solutions of composition (Ti_0.3W_0.5Cr_0.2)B₂, (Ti_0.5W_0.3Cr_0.2)B₂, and (Ti_0.4W_0.5Cr_0.1)B₂ were studied in the temperature interval between 1100 and 1500°C, using ion implanted stable ⁴⁹Ti and ⁵⁴Cr isotopes and secondary ion mass spectrometry (SIMS). The diffusivities of each element obey an Arrhenius law. The Cr diffusivities of all three compounds can be fitted to a unique Arrhenius line with an activation enthalpy of 3.5 eV and a low pre-exponential factor of 2×10⁻⁷ m²/s. The Ti diffusivities are smaller by 1–2 orders of magnitude than the Cr diffusivities, showing, however, higher activation enthalpies of 3.9 eV and approximately the same pre-exponential factors. The consequences of the results for the formation kinetics of precipitates in supersaturated (Ti _x W _y Cr _z )B₂ solid solutions are discussed.