二硼化钛陶瓷在不同温度下的氧化行为

采用静态氧化法对不同温度下TiB2陶瓷的氧化行为进行研究,利用X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪对氧化前后的样品进行表征.结果表明:低温下TiB2陶瓷氧化动力学满足抛物线规律,并在表面形成液相B203,阻止氧化反应的进一步进行,冷却后B2O3以玻璃态覆盖在表面.高温下TiB2氧化反应在4h前满足抛物线规律,表面形成一层TiO2多孔结构;氧化4h后,随着氧扩散距离的延长,扩散阻力加大,从而使氧化速率降低,氧化反应不再满足抛物线规律.     

碳热还原法合成硼化钛

以金红石型TiO2、石墨和B2O3为原料,采用碳热还原法合成了TiB2粉末。借助X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段,研究了工艺条件对合成TiB2的影响。结果表明:合成温度、球磨时间、保温时间、合成气氛是影响TiB2合成的主要因素。随着合成反应温度升高,TiO2的碳热还原顺序依次为:TiO2→Ti4O7→Ti6O11→Ti5O9→Ti3O5→Ti2O3。TiB2的生成反应温度开始于1300℃左右。真空下合成TiB2的最佳工艺条件为:球磨时间为24h,合成温度为1450℃,保温时间为3h。合成TiB2粉末的纯度达到98%,晶粒发育完整,平均粒径为2～3μm。     

多维振动球磨机械合金化制备PLZT粉末

以PbO,La2O3,ZrO2以及TiO2的混合粉末为原料,由多维振动球磨10h,机械合金化合成了镧掺杂锆钛酸铅(lead lanthanum zirconate titanate,PLZT)粉末.比较了滚动、行星.多维振动三种不同球磨方式对球磨产物的影响.X射线衍射结果表明:滚动和行星球磨所获得的粉未仍是各氧化物的混合物,仅出现了β-PbO向α-PbO的相变,而多维振动球磨混合粉末已反应形成了PLZT粉末.可以认为高碰撞能量对于氧化物的机械合金化合成起关键作用.     

铝包覆氧化铝表面改性的研究

为了提高铁基氧化铝涂层界面的结合强度,本课题采用高能球磨过程中的机械化学效应使铝粉对氧化铝产生粒-粒包覆改性.研究不同球磨工艺对粉体性质的影响.X射线衍射分析结果显示干磨10小时后氧化铝和铝的特征峰开始变弱,湿磨2小时后氧化铝和铝的特征峰开始变弱,随着粉磨时间的延长两者均无明显变化.透射电镜分析表明干磨10小时后、湿磨2小时后铝粉包覆到氧化铝粉末表面.比表面积测定仪分析显示,粉体比表面积在粉磨2小时后、显著增加,粉碎平衡均发生在粉磨6小时时,且湿磨得到的粉体颗粒比表面积比干磨得到的粉体颗粒比表面积大.     

镍基Al2O3-TiB2金属陶瓷粉末机械合金化机制研究

本文研究了添加不同质量分数的Ni对机械合金化合成Al2O3-TiB2金属陶瓷粉末的影响.应用X射线衍射仪、扫描电镜对球磨不同时间后的产物进行了物相和颗粒形貌的分析.结果表明:不含Ni粉的Al、TiO2和B2O3的混合粉末,在机械合金化12 h后,按照化学方程式10Al+ 3TiO2+ 3B2O3=5Al2O3+ 3TiB2发生固相反应,获得Al2O3、TiB2复相组织;当加入Ni粉后Al、TiO2和B2O3的混合粉末,由于在机械球磨过程中,Ni优先与Al形成中间相NiAl,NiAl比Al更容易与TiO2及B2O3发生反应,按照化学方程式10NiAl+ 3TiO2+ 3B2O3=5Al2O3+ 3TiB2+10Ni发生固相反应,获得Al2O3、TiB2复相组织;使得机械合金化时间随着Ni粉加入量的增大而减小,当添加质量分数为5％、10％、15％、20％、25％和30％的Ni粉后,分别在机械合金化12 h、10 h、8h、8h、6h和4h后,得到Al2O3、TiB2复相组织.     

TiB2-SiC复合粉末的碳热还原法合成及其表征

以TiO2、B4C、炭黑和硅溶胶为原料,采用碳热还原法合成了TiB2 -SiC超细复合粉末.对碳热还原反应过程进行了热力学分析和计算,采用XRD和SEM等研究了反应温度对合成TiB2-SiC复合粉末的物相组成和显微形貌的影响,并对合成的TiB2-SiC复合粉末的氧化性能进行了探讨.结果表明:TiB2-SiC复合粉末合成的适宜条件为在1600℃保温1h.在反应过程中,TiB2先于SiC形成,所合成的复合粉末由球状、片状、短棒状颗粒以及晶须等多样化结构组成.TiB2-SiC复合粉末的氧化过程中,首先是TiB2优先与氧发生反应生成TiO2和B2O3,然后是SiC与氧反应生成SiO2和CO,氧化产物中没有发现低熔点B2O3的存在.     

磷酸二氢铝和磷酸球磨改性氮化铝粉末工艺研究

采用机械球磨法,以磷酸二氢铝和磷酸为改性剂,制备了抗水解氮化铝粉末,并研究了改性氮化铝粉末在水基球磨过程中的稳定性。通过X射线衍射(XRD)和氮含量测定对改性前后氮化铝粉末进行了表征,并讨论了磷酸二氢铝和磷酸的加入量、球磨时间和球料质量比对改性效果的影响。结果表明:在磷酸二氢铝和磷酸的添加质量分别为氮化铝质量的1%和2.5%、球磨时间为2 h、球料质量比为3∶1的条件下,氮化铝的改性效果最佳;改性氮化铝粉末在60℃水中浸泡24 h后,其氮质量分数为32.97%,且其X射线衍射谱图中未发现氢氧化铝相,说明其抗水解能力得到显著提高;改性氮化铝粉末在水中高速球磨16 h后,其氮质量分数约为32%,氮化铝悬浮液的pH约为6,说明其在水基球磨过程中具有较好的稳定性。     

BN/TiB_2纳米-微米复合粉末的制备及表征

利用化学溶液法,于酒精、水混合溶液中溶解分散H3BO3和CO(NH2)2,再加入TiB2,干燥后热处理合成了BN/TiB2纳米-微米复合粉末。通过差热-热重分析、X射线衍射和红外光谱分析,对合成产物进行了表征。结果表明:BN合成反应在700～1100℃之间完成,BN/TiB2复合粉末经1500℃热处理时,非晶态BN向h-BN转化。利用扫描电镜、透射电镜分析了粉体复合前后的形貌及显微结构特征,结果表明:BN包覆在TiB2颗粒表面获得了具有纳米-微米复合结构的BN/TiB2粉末。     

碳热还原法合成B4C及B4C／TiB2复合粉末的研究

以工业硼酸、碳黑及TiO2为原料，经碳热还原法于1650～1800℃合成了纯B4C及TiB2含量分别为10～20vol%的B4C/TiB2复合粉末，同时确定了原料B/C摩尔比，进行了热力学分析并探讨了球磨工艺、TiB2的生成对粉末合成的影响。结果表明：原料及产物的B／C摩尔比分别为4．4和3．98～4．03，产物纯度均大于99wt％；湿法球磨可迅速消除粉末的团聚现象，降低原始粉末的粒度，TiB2颗粒较均匀分散于B4C中，呈近圆片状，TiB2的生成有助于降低B4C／TiB2的合成温度，由1800℃降至1650℃，并改善了B4C的颗粒形状，由无定形态变为近球形及条状。     

沉淀法合成HA粉末过程中球磨处理的作用

采用Ca(OH)2/H3PO4体系的化学沉淀法合成羟基磷灰石粉末,并对反应产物进行球磨处理,以促进合成反应的进行。应用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、粉末粒度分析等测试方法对HA的组成、晶化过程、颗粒形貌和粒度分布进行表征。研究结果表明,增加球磨处理后得到粉末的XRD图中β-TCP和CaO峰消失,煅烧过程中粉末更易发生晶化,粉末粒度分布变窄,集中在0.3μm～0.5μm。因此球磨处理促进Ca(OH)2/H3PO4体系液固反应进行的程度,提高了羟基磷灰石粉末的纯度,减小粉末粒度并缩小其粒度分布范围。     

A study of the oxidation of ZrB2 powders during high-energy ball-milling in air

Oxide impurities in ZrB₂ powders promote coarsening, resulting in lower sinterability. Given its importance for sintering, we studied the oxidation of ZrB₂ powders during high-energy ball-milling (the form of milling able to refine ZrB₂ powders to the nanoscale) with the aid of various characterization techniques, namely fusion in inert gas, X-ray diffractometry, helium pycnometry, transmission electron microscopy, and Fourier-transform infrared, Raman, and X-ray photoemission spectroscopy. It was found that high-energy ball-milling in air introduces twice as much oxygen into the ZrB₂ powders as the more conventional attrition milling. Also, this oxygen does not form solid-solutions with ZrB₂, but amorphous oxides (i.e., ZrO₂ and B₂O₃) that locate preferentially on the surface of the ultra-fine agglomerates resulting from cold-welding of the primary nano-particles that form during the ball-milling.     

TiB2涂层刀具制备及干铣削Ti-6Al-4V磨损行为研究?

由于切削过程中产生高温、刀具粘结与氧化严重,钛合金切削尤其是干切削,一直是刀具行业的重大挑战之一,而在刀具表面添加涂层是提高钛合金切削刀具寿命的有效途径。利用脉冲磁控溅射技术制备了TiB2涂层刀具,以相同基体的无涂层刀具为对照,干铣削Ti-6Al-4V钛合金,切削速度从30~100 m/min变化,研究TiB2涂层刀具的切削性能与失效机理。所制备的TiB2涂层具有(100)择优取向的六方晶体结构,组织致密。涂层硬度可高达4000 HV。切削实验发现,在30 m/min的低速时,TiB2涂层刀具的切削寿命超过无涂层刀具57%之多,当切削速度加倍到60 m/min时,刀具寿命未见下降。当切削速度增加到100 m/min时,TiB2涂层刀具与无涂层刀具切削寿命相当。TiB2涂层刀具表面氧化所产生的B2O3液化膜,起自润滑作用,可充分减少钛合金的粘结,降低摩擦力。因此,在TiB2或B2O3消失之前,TiB2涂层刀具均有良好表现。在100 m/min时,切削高温造成B2O3强烈挥发,且TiB2被氧化为多孔疏松的TiO2,刀具寿命急剧下降到无涂层刀具的水平。     

氧化对Al_2O_3－TiB_2陶瓷刀具材料磨损特性的影响

研究了Ａｌ_２Ｏ_３－ＴｉＢ_２陶瓷刀具材料的高温氧化特性以及氧化对刀具耐磨性能的影响。结果表明：随ＴｉＢ_２含量的增加，Ａｌ_２Ｏ_３－ＴｉＢ_２的氧化活化能降低，抗氧化能力下降．Ａｌ_２Ｏ_３－ＴｉＢ_２刀具材料在加工淬火钢时，因切削高温的氧化作用在刀具表面生成的ＴｉＯ_２既可减轻刀具的粘结磨损，又能起到固体润滑剂的作用，从而降低摩擦系数，因而提高刀具的耐磨性能。当切削速度大于１５０ｍ／ｍｉｎ时，随ＴｉＢ_２含量的增加，刀具抗磨损能力显著提高。     

TiB2材料氧化的热力学分析

采用物质吉布斯自由能函数法,对TiB2材料的氧化进行了热力学分析.热力学计算结果表明: TiB2材料从室温到高温均可以与氧发生反应生成TiO2;当温度T＜1450 K时,氧化产物为TiO2固相和B2O3液相,在氧化行为上表现为氧化增重;当温度T＞1450 K时,由于B2O3蒸气挥发,在材料中留下孔隙,增加了TiB2材料与氧气的接触面积,TiB2材料的氧化进程加速,此时,TiB2材料的抗氧化性逐渐下降;在PB2O3=101325 Pa的条件下,TiB2材料由"钝化氧化"向"活化氧化"的转变条件为T=1450 K;在氧化性气氛下,氧化反应的产物为TiO2,而随着氧分压降低,Ti4O7、Ti3O5、Ti2O3、TiO等氧化产物均有可能出现,尤其是在氧分压很低的情况下,TiO生成的可能性增大.     

Al2O3/Cu-Sn-Ti+B钎料/Ti-6Al-4V合金连接的微观结构及力学性能

在Cu-21Sn-12Ti钎料中添加不同质量分数的B粉制备Cu-Sn-Ti＋B复合钎料,然后在钎焊温度910℃保温10 min条件下钎焊Al2O3与Ti-6Al-4V合金。研究了原位生成TiB对Al2O3/Ti-6Al-4V合金接头微观结构及力学性能的影响。接头中原位生成的TiB呈晶须状均匀分布在Ti2Cu上,当采用TiB体积分数低于40%的钎料钎焊Al2O3与Ti-6Al-4V合金时,均可获得连接良好且界面致密的钎焊接头。随接头中TiB的体积分数增加,Ⅱ区中的Ti2（Cu,Al）含量增加,并逐渐变得连续,TiB的分布区Ⅲ范围增宽,Ti-6Al-4V合金向钎料中的溶解量增加。接头的室温抗剪强度随TiB的体积分数增加先上升后下降,当接头中TiB体积分数增至20%时,接头抗剪强度达最大,为70.1MPa。     

SiC-TiB2-TiCx复相陶瓷的氧化行为研究

本文采用热等静压原位合成技术制备了TiB2-TiCx和SiC-TiB2-TiCx复相陶瓷,对其高温氧化行为进行了研究.结果表明,添加SiC后陶瓷材料抗氧化性有很大提高.SiC-TiB2-TiCx陶瓷的最高有效抗氧化温度为1200℃,而TiB2-TiCx陶瓷只有700℃.在温度低于1200℃时,SiC-TiB2-TiCx陶瓷的长时间抗氧化性能也优于TiB2-TiCx陶瓷.     

Effect of heating temperature of expandable graphite on amorphization behavior of powder expanded graphite-Fe mixtures by ball-milling

Three expanded graphites, EG1, EG2 and EG3 that were prepared by rapid heating expandable graphite to 600, 800 and 1000 °C, respectively, were ball-milled in a high-energy mill (planetary-type) in an air atmosphere with 16.7% iron powder addition. The X-ray diffraction patterns of the products show that the amorphization process of the powder EG-Fe mixtures during ball-milling is accelerated with increasing the heating temperature of expandable graphite. In addition, amorphous EG-Fe system and Fe₃C phase are formed in the ball-milled EG3-Fe. Compared with the amorphization process of EGs without iron addition during ball-milling, the presence of iron restrains the process of EG1 in rate, but it promotes the process of EG3.     

TiB_2材料的研究现状及其应用

ＴｉＢ_２材料具有熔点高、硬度大、耐磨、耐腐蚀、抗氧化性、导电性和导热性好等优点，是一种有广泛应用前景的新型陶瓷材料。本文介绍了ＴｉＢ_２材料的制备、烧结及其复相陶瓷的研究现状，对其力学性能、抗氧化性能和摩擦学性能进行了评价。