用叶蜡石与金红石碳热还原–氮化合成Sialon–Ti(N,C)复合材料

以叶蜡石、金红石和焦炭粉为原料,通过碳热还原–氮化反应合成sialon–Ti(N,C)复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对产物的物相组成、显微结构和微区成分进行了分析,研究了合成温度和配炭量对产物物相组成和显微形貌的影响。结果表明:当叶蜡石与金红石质量比为4:1、配炭量过量50%、合成温度为1 500℃时,合成的sialon–Ti(N,C)复合材料中TiN0.7C0.3晶粒尺寸约为200nm,产物为β-sialon、15R-sialon、TiN0.7C0.3、刚玉和少量β-SiC;当配炭量过量50%,合成温度从1400℃升高到1550℃,产物中β-sialon和TiN0.7C0.3含量逐渐增加。相同合成温度下,配炭量对产物物相组成有重要影响,配炭量过量50%有利于sialon–Ti(N,C)复合材料的合成;当配炭量较少时,产物中出现O’-sialon和Si2N2O;当配炭量过多时,β-sialon向15R-sialon转变。     

添加钛白粉对叶蜡石碳热还原氮化物相的影响

以叶蜡石、钛白粉、焦炭粉等为原料,利用XRD和SEM研究了钛白粉加入量分别为(质量分数)0、5%、10%、15%和20%时对叶腊石在1500℃下碳热还原氮化生成物相的影响.结果表明:当试样组成全部为叶腊石时,在1500℃氮气气氛条件下碳热还原产物的主要物相是β-Sialon;添加钛白粉后的试样中会有TiN0.7C0.3形成;随着钛白粉加入量的增大,产物中TiN0.7C0.3含量逐渐增多,而β-SiC含量相对降低.     

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。     

还原气氛下Si-B2O3-TiO2系反应的热力学分析

通过热力学计算，探讨Si-B2O3-TiO2系在还原性气氛下TiB2，Ti(C，N)的可能性、生成途径以及产物在此体系中的相对稳定性。结果表明：Si-B2O3-TiO2系在还原性气氛下TiB2的生成有2种可能性，生成物中TiB2要比TiN和TiC稳定。在1843K左右，TiC和TiN可以形成固溶体Ti(C，N)。     

TiH2做Ti源合成Ti2AlC/Ti3AlC2及热分析

廉价TiH2是制造钛粉的中间产物。本文用TiH2取代钛粉在常压下高温合成一种先进陶瓷材料-钛铝碳(Ti2AlC和Ti3AlC2)。以配料3TiH2/1.5Al/C或2TiH2/1.5Al/TiC为原料,在1400℃保温120 min可合成高纯Ti2AlC。原料3TiH2/1.2Al/2C在1400℃保温120 min和TiH2/1.2Al/2TiC在1350℃保温120 min均可制备高纯的Ti3AlC2。差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry)被用来分析Ti-Al-C反应体系热量变化。在配料3TiH2/1.5Al/C反应过程中,Ti2AlC合成反应的放热峰消失;表明TiH2脱氢反应所吸收的热量与TiC或Ti2AlC的合成反应所释放的热量相互弥补。以TiH2为Ti源在一定程度上不仅可以降低原料成本,还可以减少或避免大批量生产钛铝碳过程中的热爆现象。     

添加剂对自反应喷射成形Ti(C_(0.3),N_(0.7))-TiB_2基复相陶瓷结构及性能的影响

为了改善自反应喷射成形Ti(C0.3,N0.7)-TiB2基复相结构陶瓷坯件的组织和性能,以Ti-B4C-C(以蔗糖为前驱体)/5%(质量分数,下同)Al为基础体系,再分别添加不同质量分数的Co粉和Ni-Al合金粉(Co+Ni-Al),进行自反应喷射成形制备陶瓷坯件,所用自反应喷射成形是采用自蔓延高温合成粉体和空气火焰粉未喷涂技术相结合的涂覆成型。比较了Co和Ni-Al对喷射坯件组织结构及性能的影响。研究发现:加入10%(Co+Ni-Al)粉末后,坯件的主相仍为Ti(C0.3,N0.7)和TiB2,但发现少量由TiCo和TiNi组成的白色新相,Ti(C0.3,N0.7)晶粒显著细化,坯件的致密度、硬度和断裂韧性都有明显提高。保持Co+Ni-Al含量10%不变,随Co与(Co+Ni-Al)质量比的增大,Ti(C0.3,N0.7)晶粒尺寸趋于均匀,TiB2晶粒逐渐转变为规则的六方片晶,且晶粒尺寸变大,TiCo和TiNi在坯件中分布趋于均匀,坯件断裂韧性逐渐增加,而硬度和致密度逐渐下降。     

非水解溶胶-凝胶碳热还原氮化法制备TiN粉体工艺研究

以四氯化钛和异丙醚为原料,二氯甲烷为溶剂,以非水解溶胶-凝胶法制备的Ti O2凝胶为钛源,选用分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为碳源,采用碳热还原氮化法合成Ti N粉体。通过XRD和FE-SEM研究了PVP用量、合成温度及保温时间、氮气流量对Ti N粉体合成的影响。结果表明,适当增加PVP用量有助于Ti N的合成,但残余游离碳也相应增多;氮气流量一定时,升高合成温度及延长保温时间,有利于Ti N粉体纯度的提高,残余的游离碳变少,晶胞参数接近于标准值;当合成温度为1300℃,保温时间为5 h,氮气流量为40 m L/min时,制备出的Ti N粉体纯度高,晶粒发育良好,形状近似球形,粒径约为0.4μm。     

超纯铁素体不锈钢中含Ti和Nb夹杂物的非水电解分离及其在钢中的析出行为分析

采用非水溶液电解法提取了Ti, Nb稳定化超纯铁素体不锈钢中的夹杂物和析出物,采用场发射扫描电镜观察其形貌,并结合能谱仪分析其成分. 结果表明,高钛型铁素体不锈钢中的夹杂物多为立方结构的碳氮化钛或树枝状的钛氧化物夹杂;Ti,Nb双稳定化铁素体不锈钢中,夹杂物核心由钛氧化物与氮化钛复合而成,棱角上包裹碳氮化铌;高铌型铁素体不锈钢中夹杂物为十字状或树枝状NbC. 利用热力学数据计算了Ti稳定化铁素体不锈钢中复合夹杂物的析出顺序及TiN的析出时机. 计算表明,在1873 K铁素体不锈钢成分条件下TiOx-TiN复合核心中钛氧化物为Ti2O3. 随着温度的降低,Ti, N在钢液中出现偏析富集,在钢液凝固过程中生成TiN,降低钢液中N含量可推迟TiN的析出时机.     

1600℃氮气气氛Ti–Al_2O_3复合耐火材料的相演变行为

以烧结刚玉和金属钛粉为主要原料、酚醛树脂为结合剂制备Ti–Al_2O_3复合耐火材料样品。将样品置于石墨坩埚中,在碳管炉氮气气氛下1 600℃烧成。对烧后样品的物相演变进行分析,结果表明:钛与氮气反应形成氮化钛,即使金属钛含量达到12%,也能完全氮化;形成的氮化钛多呈片状,也有一定量的晶须状碳氮化钛固溶体存在。氮气气氛中存在的微量一氧化碳气体扩散到样品内部,最终形成稳定的碳氮化钛固溶体。添加3%金属钛的样品中,添加3%石墨粉后样品强度降低约50%。添加或不添加石墨的Ti–Al_2O_3样品中均形成碳氮化钛固溶体,且碳氮化钛固溶体生成量相近。刚玉样品中出现了Al_5O_6N,在添加钛的样品中未检测到Al_5O_6N。添加金属钛的Ti–Al_2O_3样品中刚玉能稳定存在。建立了Ti–Al_2O_3样品中相演变的演变机理模型。     

碳热还原氮化法制备碳氮化钛粉末

以物质的量比为1∶2.5的TiO_2粉和活性炭粉为原料,于N2气氛下采用碳热还原氮化法在不同的合成温度(分别为1500℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃,N2压力固定为0.1MPa)和N2压力(分别为0.05MPa、0.1MPa、0.15MPa、0.2MPa,温度1700℃)下保温3h合成了碳氮化钛粉末。研究结果表明提高合成温度和降低N2压力有利于合成碳含量高的碳氮化钛粉末;在N2压力为0.1MPa的条件下,于1700℃保温3h热处理后,可以获得平均粒径为2μm的碳氮化钛粉末。     

铝电解用TiB_2-C惰性阴极材料的无压烧结过程研究

以TiB2、石墨、沥青、热固性树脂为原料,采用低温炭化-烧结工艺制备了TiB2-C惰性阴极复合材料,采用TG对TiB2-C在高温下的热失重过程进行了研究,采用XRD、SEM分析了TiB2-C惰性阳极的显微组织。实验结果表明:炭化工艺应采用"两头快、中间慢"的升温制度,才能保证材料炭化烧结的成品率和均质化;经过优化工艺获得的样品经过炭化后其表层主要由TiO2、石墨C、TiC和TiC0.7N0.3组成,内层主要由TiB2、石墨C、TiC和TiC0.7N0.3组成,其中元素N和O可能来源于保护气体Ar中的杂质气体和由于炉膛气密性较差而引入的空气。     

硅粉常压直接氮化制备氮化硅粉的研究

以平均粒径为2.8μm的硅粉为原料,添加氮化硅粉作为稀释剂,对常压氮气下直接氮化制备Si3N4粉的工艺进行了研究,借助于氮氧测定仪、XRD、SEM等检测方法,分析了硅粉常压直接氮化制备Si3N4粉过程中稀释剂种类、稀释剂添加比例、氮化温度、氮化时间等因素对硅的氮化过程的影响.研究结果表明:硅粉在流动常压氮气下,当氮化温度高于1410℃时,硅的转化率迅速增加,氮化产物中β相含量也增加;通过控制稀释剂的添加种类和添加比例、氮化时间和氮化温度,可合成高α相含量的Si3N4.采用平均粒径为2.8μm的硅粉,在常压氮气下,当添加30%的α-Si3N4粉作为稀释剂、氮化温度为1550℃、氮化时间为10min时,合成了氮含量为39.4%,游离硅为0.7%,主要为α相、含部分β相的Si3N4粉.     

TiC的含量对自蔓延高温合成Ti_2SC粉体的影响

以钛粉、硫粉、碳粉及碳化钛粉为原料,采用自蔓延高温合成制备Ti_2SC粉体,研究Ti C的含量对自蔓延高温合成Ti_2SC粉体的影响。研究表明,在Ti-S-C/Ti C的合成产物中主相为Ti_2SC,有少量的Ti C和Ti_3S_4,当Ti C的含量为1.05 mol时仅存在Ti_2SC和Ti C,并且促进Ti_2SC片层结构的形成,在反应体系中,S先变为液态,随着温度的升高钛包裹在碳的外面形成钛碳层,继续加热Ti和S反应生成Ti_3S_4及液态的Ti-S,温度逐步升高钛碳层形成Ti C,最后Ti C与Ti_3S_4发生反应生成片状的Ti_2SC。Ti C的添加可以有效避免合成Ti_2SC过程中产生的热爆反应。     

原位合成TiC/CuTi复合材料的显微分析

将短碳纤维、铜粉、钛粉混合均匀后装模加压制备了TiC/CuTi复合材料,并利用SEM和EDS方法对样品进行显微分析.实验结果表明:Cu粉、Ti粉与碳纤维高温反应能够原位合成TiC,生成的TiC晶粒与CuTi合金润湿性良好.当Ti/C摩尔比达到1.6时,提高Ti粉和碳纤维总的占比含量,生成的TiC晶粒变大.     

稀释剂含量对自蔓延高温合成Si3N4-SiC-TiN陶瓷的影响

以TiSi2和SiC为原料,利用自蔓延高温合成(self-propagation high-temperature synthesis,SHS)方法合成直径为24mm的Si3N4-SiC-TiN陶瓷.通过理论计算和实验研究了不同孔隙率压坯中稀释剂SiC含量对反应物TiSi2转化率的影响.结果表明:SiC在一定范围内增加有利于TiSi2的氮化,且含40%(质量分数,下同)SiC和50%SiC的压坯在燃烧合成过程中发生了SiC的氮化反应.压坯孔隙率为50%(体积分数,下同)时,反应物TiSi2氮化充分,最终产物为Si3N4-SiC-TiN.孔隙率为45%,含量为30%SiC和40%SiC压坯的合成产物中残留游离Si,50%SiC压坯的合成产物中未发现游离Si.在稀释剂含量为35%SiC,氮气压力为150 MPa条件下,所得的Si3N4-SiC-TiN复相陶瓷抗弯强度达430 MPa,断裂韧性为3.6MPa·m1/2.     

Ti粉加入量对Al_2O_3-C材料强度与抗氧化性的影响

以白刚玉、鳞片石墨为主要原料,分别外加质量分数为0、2.5%、5%、7.5%、10%的Ti粉,经等静压成型,在流动氮气中于1350℃4 h烧成,制备了含Ti的Al2O3-C试样,测试了试样的常温耐压强度、常温抗折强度和1 400℃2 h下的抗氧化性,用XRD分析了试样及其脱碳层的相组成,并用SEM观察试样脱碳层的显微形貌。结果表明:1)在流动氮气中烧成,Ti粉易于转化为TiC1-xNx(其中0≤x≤1),增强了物相间的结合力,且TiC1-xNx钉扎在基体中,增大了基体间滑移的摩擦力,提高了Al2O3-C试样的强度,外加Ti粉质量分数为5%时最佳;2)加Ti粉的Al2O3-C试样在空气中氧化时,TiC1-xNx氧化后的体积膨胀弥补了石墨被氧化后留下的空隙,阻止了外部O2的扩散,同时在高温的作用下,脱碳层氧化物间形成的钛酸铝和莫来石能胶结基体形成致密层,有效地减缓了内层非氧化物的氧化,提高了Al2O3-C试样的抗氧化性能。     

微波烧结制备Ti3SiC2-金刚石复合材料的显微形貌及界面反应机理

采用Ti3SiC2粉体和金刚石粉体为原料,通过微波烧结制备Ti3SiC2结合剂金刚石复合材料,研究金刚石的含量和粒度对该复合材料的物相组成与显微形貌的影响.结果表明,通过高温微波烧结Ti3SiC2结合剂金刚石复合材料,金刚石表面会形成不同的涂层,从而与基体结合剂结合良好.金刚石的粒度和含量对复合材料中基体组成和金刚石的表面涂层状态有显著影响.烧结过程中,金刚石会不同程度的影响Ti3SiC2的分解.Ti3SiC2分解后生成Si与TiC.当金刚石含量相同(10％)、粒度较粗(30/40)时,金刚石表面会形成钛硅相与SiC涂层组织;基体的主相为Ti3SiC2、钛硅相与SiC.当金刚石粒度较细(W20)时,金刚石表面的C元素充分地与Si反应生成SiC涂层,基体主相变成TiC和Ti3SiC2.当金刚石粒度适中(120/140目与170/200目)时,基体的主相为Ti3SiC2.选取金刚石粒度为170/200目、金刚石含量较低时(5％与10％),基体的组成为Ti3SiC2与少量的SiC.金刚石含量较高时(20％与30％),基体的组成为Ti3SiC2与少量的TiC和SiC.各试样中金刚石表面都会形成钛硅相与SiC涂层组织.     

Ti(C,N)在炭砖中的原位形成及其对炭砖性能的影响

为了提升高导热炭砖的抗侵蚀性,以人造石墨(≤0.075、≤1 mm)、Si粉(≤0.045 mm)、Al粉(≤0.075mm)、活性Al2O3(2μm)为原料,酚醛树脂为结合剂,分别外加质量分数6%的TiO2、TiC微粉,经混料、成型,于1 200和1 400℃埋炭热处理后制备了高炉用炭砖试样,研究了TiO2、TiC微粉对试样的物相变化、微孔结构、热导率及抗铁水侵蚀等性能的影响。结果表明:经1 400℃埋炭热处理后,外加6%(w)TiO2试样原位生成了Ti(C,N)和TiN,而引入的TiC较为稳定,在热处理过程中未与其他组分发生反应,且外加6%(w)TiO2试样在SiC晶须的密集区生成了Ti(C,N),与其他试样相比,SiC晶须的量较多,长径比较大;外加6%(w)TiO2试样的平均孔径低于100 nm,小于1μm孔的孔容积率达90%,室温热导率达53.43 W·m-1·K-1;抗铁水侵蚀性试验显示,通过引入TiO2原位形成Ti(C,N)的炭砖试样,其抗铁水熔损性优于直接引入TiC的试样。     

碳纤维增强碳复合材料表面多层复合涂层中SiC和TiC内层的比较(英文)

采用包埋法制备了碳纤维增强碳(carbon fiber reinforced carb on composites,C/C)复合材料表面多层涂层,包括SiC,TiC内层,SiC,TiC中间层以及SiC+TiC复合外层。利用场发射扫描电镜和X射线衍射对其表面和断面的结构进行研究。结果显示:和TiC内层相比较,SiC内层较厚而且致密,具多孔结构且和C/C复合材料结合紧密;TiC内层较薄且和C/C复合材料结合松散。制备的SiC+TiC复合外层由SiC,TiC和Ti3SiC2组成。     

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。