热燃烧温度对超重力场自蔓延离心熔铸TiB_2-TiC-(Ti,W)C组织及性能的影响

通过在(Ti+B_4C)燃烧体系中引入WO_3+Al高能铝热剂,采用自蔓延离心熔铸方法制备TiB_2-TiC-(Ti,W)C复相陶瓷材料。结果表明,陶瓷是由规则的TiB_2片晶、TiC球晶以及(Ti,W)C固溶体组成,并发现少量Al_2O_3夹杂存在于陶瓷熔体中。随着铝热剂含量的增加,不仅提高了绝热燃烧温度,增进了陶瓷致密化,而且提高了陶瓷熔体中的W含量,提高了陶瓷硬度。TiB_2片晶诱发的裂纹偏转和桥接增韧大幅度提高了陶瓷的抗弯强度和断裂韧性。材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为24.6 GPa、584 MPa与20.3 MPa·m~(1/2)。当铝热剂添加过量,TiB_2相的含量下降,导致陶瓷力学性能有所下降。     

粉体合成工艺对TiB_2–TiC复相陶瓷微观组织及力学性能的影响

分别以直接法和间接法碳硼热还原工艺合成的TiB_2–TiC复合粉体为原料,采用热压烧结工艺制备了共晶成分的TiB_2–44%TiC(摩尔分数)复相陶瓷,研究了粉体合成工艺和烧结温度对TiB_2–TiC复相陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:以直接法合成粉末为原料烧结的TiB_2–TiC复相陶瓷中,TiB_2晶粒多呈棒状、组织细小均匀;而以间接法合成粉末为原料制备的复相陶瓷中TiB_2晶粒多呈等轴状。随着烧结温度的升高,复相陶瓷致密度提高,晶粒长大,但力学性能变化不明显。以直接法合成复合粉末为原料,在烧结温度为2 000℃、压力为30 MPa、保温时间为1 h工艺条件下制备的TiB_2–TiC复相陶瓷综合性能最佳,其致密度、弹性模量、Vickers硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为99.9%、537 GPa、19.0 GPa、598 MPa、5.3 MPa·m~(1/2)(压痕法)和11.6 MPa·m1/2(单边切口梁法)。TiB_2–TiC复相陶瓷主要的增韧机制为裂纹偏转和分叉。     

Fe添加对自蔓延离心熔铸TiC–TiB--_2复相陶瓷结构和性能的影响

在(Ti+B_4C)燃烧体系中引入Fe添加剂,釆用自蔓延离心熔铸技术制备出含有不同质量分数Fe的TiC–TiB_2复相陶瓷。结果表明:TiC–TiB_2凝固陶瓷以大量细小TiB_2片晶、不规则TiC晶粒及分布于晶间的断续网状Fe黏结相组成。适量Fe的添加,可以加快反应体系组元之间的扩散,促进复相陶瓷内部气体排出与成分均匀化,促使陶瓷致密化、基体晶粒细化、组织均匀性改善,同时作为韧性相,在裂纹扩展过程中又可诱发延性相增韧机制,提高陶瓷的致密度与力学性能,但是过多引入Fe添加剂,将促使TiB_2初生相异常长大,劣化陶瓷组织均质性。     

添加TiB_2对SiC基复相陶瓷显微结构和力学性能的影响

以钇铝石榴石(YAG)为助烧剂,利用等离子放电烧结(SPS)制备SiC–TiB_2复相陶瓷。采用X射线衍射、扫描和透射电子显微镜、能量色散X射线能谱对材料物相及微观结构进行了表征。研究了SPS烧结温度及TiB_2的加入对材料微观结构尤其是晶界相形态和力学性能的影响。结果表明:虽然TiB_2的加入对材料致密化起到了一定的阻碍作用,但是促使晶界相从晶态向非晶态转变,提高了晶粒间结合强度,材料的力学性能得到提升。烧结温度为1 750℃制备的SiC–TiB_2陶瓷抗弯强度最高,为753 MPa,烧结温度为1 700℃制备的SiC–TiB_2陶瓷断裂韧性最高,为8.84 MPa·m~(1/2)。     

低温烧结PZT–0.5%PbO·WO_3压电陶瓷

以固态氧化物为原料,采用一次合成工艺制备锆钛酸铅(leadzirconatetitanate,PZT)–0.5%PbOWO3压电陶瓷,研究摩尔比n(Zr)/n(Ti)、烧结温度对陶瓷性能的影响。结果发现:合成温度900℃保温2h可以得到钙钛矿结构压电陶瓷。n(Zr)/n(Ti)=1.08时,烧结温度为1100℃保温2h,压电陶瓷的综合性能在准同型相界处达最佳:介电常数ε3T3/ε0=1593,介电损耗tg?=0.019,压电系数d33=363.5×10-6C/N,机电耦合系数Kp=0.596,机械品质因数Qm=88.4。     

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。     

氟化钙对常压烧结Si3N4/BN复相陶瓷结构与性能的影响

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,CaF2–Al2O3–Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备了BN体积含量为25%的Si3N4/BN复相陶瓷。研究了CaF2添加量对Si3N4/BN复相陶瓷材料力学性能的影响,并通过X射线衍射和场发射扫描电镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微组织。结果表明：随着CaF2添加量增加,制备的Si3N4/BN复相陶瓷材料气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。添加量为2%（质量分数）时,Si3N4/BN复相陶瓷的室温抗弯强度达145.5MPa。添加适量的CaF2可在Si3N4/BN复相陶瓷材料常压烧结过程中较大程度地破坏h-BN的卡片房式结构,将微米级的h-BN颗粒变成纳米级颗粒。     

硼化钛基陶瓷/钛合金梯度纳米结构复合材料组织演化、损伤失效与抗弹性能研究

基于陶瓷/钛合金之间的熔化连接和原子互扩散,采用离心反应熔铸工艺成功制备出具有连续梯度特征的TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V合金层状复合材料。该复合材料分为陶瓷基体、中间过渡区及金属基底三层结构,且陶瓷/钛合金层间原位形成以陶瓷相(TiB_2,TiC_(1-x))、Ti基合金相的尺寸和体积分数为特征的梯度纳米结构(微米?微纳米?纳米)复合界面。测试表明该复合材料层间剪切强度、弯曲强度、断裂韧性分别达到335MPa±35MPa、862MPa±45MPa和45MPa×m~(1/2)±15MPa×m~(1/2)。陶瓷/钛合金层间剪切断裂诱发TiB_2、TiB棒晶的自增韧机制及有限的Ti基合金延性相增韧机制,使层间剪切测试与三点弯曲测试得出的载荷/位移曲线均呈现出近乎线性上升趋势。对TiB_2基陶瓷、陶瓷/钛合金层状复合材料进行14.5军用制式穿甲弹DOP靶试,得出两种材料的平均防护系数分别为3.05和7.30。陶瓷/钛合金层间原位生成的梯度纳米结构复合界面不仅改善了陶瓷/钛合金之间声阻抗匹配,而且也使陶瓷/钛合金层间保持高的结合强度。陶瓷/钛合金层状复合材料遭受弹体冲击时,将诱发界面载荷传递与剪切耦合的双重效应,最终在表观上使陶瓷/钛合金层状复合材料的防弹性能得以显著提升。     

放电等离子烧结制备TiB_2/Ti_3AlC_2陶瓷复合材料

采用TiB_2和Ti_3AlC_2微粉为原料,利用放电等离子烧结技术制备TiB_2/Ti_3AlC_2陶瓷复合材料,研究了Ti_3AlC_2含量对TiB_2陶瓷的致密度、物相微观结构以及力学性能的影响。结果发现在压力30MPa、1400℃条件下,添加钛铝碳含量为20~30wt%时制得的陶瓷复合材料含有较多的孔洞,且主要分布在TiB_2颗粒间,样品密度偏低,硬度低于570HV。当添加的Ti_3AlC_2量为40wt%时,样品的微观结构中孔洞数量降低且孔径变小,硬度高达1040HV。提高60TiB_2烧结温度至1600℃,物相TiB_2沿晶面(001)发生较明显的取向,样品60TiB_2的微观结构中孔洞消失或存在量极少,致密度高达4.393g/cm~3,硬度高达2400HV。     

低温烧结PZT-O.5%PbO·WO3压电陶瓷

以固态氧化物为原料,采用一次合成工艺制备锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)-0.5%PbO·WO3压电陶瓷,研究摩尔比n(Zr)/n(Ti)、烧结温度对陶瓷性能的影响.结果发现:合成温度900℃保温2 h可以得到钙钛矿结构压电陶瓷.n(Zr)/n(Ti)=1.08时,烧结温度为1 100℃保温2 h,压电陶瓷的综合性能在准同型相界处达最佳:介电常数εT33/ε0=1 593,介电损耗tgδ=0.019,压电系数d33=363.5×10-6C/N,机电耦合系数Kp=0.596,机械品质因数Qm=8 8.4.     

Al2O3陶瓷基体中原位生成TiB2和Ti（C,N）研究

采用原位反应法结合热压工艺制备Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２－Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）复相陶瓷，用ＴｉＯ２，Ｂ４Ｃ，ＢＮ，Ａｌ及Ａｌ２Ｏ３为原料，通过组成设计可以制备出不同相组成及碳氮比的复相陶瓷。由ＳＥＭ及ＴＥＭ发现在Ａｌ２Ｏ３晶粒中分布着亚微米至微米级的近圆形Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）颗粒，而在ＴｉＢ２晶粒中分布着纳米级的板状Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）晶体，并对这种显微结构的形成机理及化学反应过程作用初步分析。     

Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能与显微结构的研究

烧压烧结制备了不同Mo2C和Cr3C2含量的Ti(C0.7N0.3)-(Ni—Co)-Mo2C—Cr3C2金属陶瓷，对其性能测试表明，低Mo2C，Cr3C2含量材料具有良好力学性能。利用透射电镜、能谱分析和扫描电镜对低Mo2C，Cr3C2含量金属陶瓷显微组织进行了分析。研究表明，材料显微组织中没有发现明显可见的环形相，Mo元素富集在硬质相颗粒边缘附近，Cr元素富集在粘结相中。未完全溶解的Cr3C2分布在粘结相内和相界上抑制了裂纹的扩展，断口上沿晶断裂面弯曲不规整以及穿晶解理条纹较多，这是材料具有较高的断裂韧性的原因。     

Microstructural study of titanium carbonitride produced by combustion synthesis

The self-propagating high-temperature synthesis (S.H.S.) process, which is promising for the fabrication of ceramic materials, was chosen to elaborate titanium carbonitride materials. The influence of parameters such as nitrogen gas pressure and carbon ratio on the microstructure was studied. A single phase product of Ti(C,N) is obtained for a carbon ratio under 15 at.% and a nitrogen pressure of 36 MPa. The increase of the carbon ratio corresponds to a decrease of the maximum temperature reached during the synthesis. Time resolved X-ray diffraction measurements (TRXRD) with the synchrotron radiation were used to determine the reaction mechanisms. We could observe that the synthesis of Ti(C,N) is preceded by the formation of titanium nitride. This reaction is initiated by the allotropic transition of -Ti phase into β-Ti. In the final material the presence of sub-stoichiometric phases such as Ti₂N and -Ti was observed.     

CX-(TiO2(0.1)La(x))制备及可见光催化降解多环芳烃增溶废水

采用溶胶-凝胶法制备甲醛-间苯二酚-间苯三酚碳干凝胶(CX)，再掺杂金属元素镧改性TiO2，制备系列复合材料CX-TiO2-La(x)（x取值为0.05、0.5和8），并用于在可见光下处理模拟土壤淋洗（增溶）废水。通过XRD、TEM、SEM、FTIR等对材料的结构与性能进行表征。结果表明，该复合材料可实现对增溶污染物的吸附富集和高效催化降解，晶体组成主要为无定形碳、金红石型TiO2和La2Ti2O7。“富集-降解”协同作用下，当氯化镧添加量为0.5%时，CX-TiO2-La(0.5)对增溶的菲(PHE)的移除率最佳，达到83.6%（500 W的氙灯照射5 h）。复合材料为介孔材料，增溶PHE的吸附过程复合二级动力学模型和Langmuir模型拟合良好，且为自发化学吸附过程。推测材料内部形成了La2Ti2O7-CX-TiO2异质结结构，扩大了TiO2的光催化相应范围，使其在可见光下获得高光催化降解效率，历经8次循环使用后，CX-TiO2-La(0.5)仍对增溶PHE有较高的移除率。     

Structure and mechanical properties of in-situ synthesized α-Ti/TiO2/TiC hybrid composites through mechanical milling and spark plasma sintering

The main aim of this study was to apply high-energy longer mechanical milling and spark plasma sintering (SPS) techniques to produce in-situ α-Ti/TiO₂/TiC hybrid composites from commercially pure-Ti (CP–Ti, HCP structure) powders. The CP-Ti powders were subjected to different milling times (0, 20, 40, 60, 80, 100, and 120 h). The results showed that the powder samples milled for 120 h produced Ti, Ti₃O₅, TiO, TiO₂ phases, and dissolved C atoms from the process control agent (toluene) which were then converted to α-Ti, TiO₂, and TiC phases (formed in-situ composites) through spark plasma sintering. This was expected due to more reactivity in the 120 h sample as longer milling introduces severe and robust structural refinements. Structural evaluations with increasing milling time were carried out using XRD, HRSEM, and HRTEM. The synthesized powders were then consolidated by SPS at pressures of 50 MPa and 1323 K for 6 min. The micro-hardness results have shown that the hardness was started to increase from 1.40 GPa to 5.56 GPa with increasing milling time due to more dislocation and pinning effect produced by grain refinement and formed TiO₂/TiC intermetallic particles enhancing the strength of α-Ti matrix. The α-Ti/TiO₂/TiC in-situ hybrid composite bulk sample yielded an ultimate compressive strength of 1.594 GPa.     

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)。     

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.     

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。     

Reaction Between Titanium and Zirconia Powders During Sintering at 1500°C

Zirconia–titanium (ZrO₂–Ti) composites have been considered potential thermal barrier graded materials for applications in the aerospace industry. Powder mixtures of Ti and 3 mol% Y₂O₃ partially stabilized ZrO₂ in various ratios were sintered at 1500°C for 1 h in argon. The microstructures of the as-sintered composites were characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscopy/energy-dispersive spectroscopy. Ti reacted with and was mutually soluble in ZrO₂, resulting in the formation of α-Ti(O, Zr), Ti₂ZrO, and/or TiO. These oxygen-containing phases extracted oxygen ions from ZrO₂, whereby oxygen-deficient ZrO₂ was generated. For relatively small Ti/ZrO₂ ratios, specimens with ≤30 mol% Ti, TiO were formed as oxygen could be sufficiently supplied by excess ZrO₂. For the specimens with ≥50 mol% Ti, lamellar Ti₂ZrO was precipitated in α-Ti(Zr, O), with no TiO being found. Both m -ZrO_{2− x} and t -ZrO_{2− x} were found in specimens with ≤50 mol% Ti; however, only c -ZrO_{2− x} was formed in the specimen with 70 mol% Ti. As ZrO₂ was gradually dissolved into Ti, yttria was retained in ZrO₂ because of the very limited solubility of yttria in α-Ti(O, Zr) or TiO. The concentration of retained yttria and the degree of oxygen deficiency in ZrO₂ increased with the Ti content. The complete dissolution of ZrO₂ into Ti was followed by the precipitation of Y₂Ti₂O₇ in the specimen with 90 mol% Ti.     

逆反应烧结制备铝电解槽用氮化硅-碳化硅复合材料

采用常规的反应烧结工艺制作铝电解槽侧壁材料用Si3N4／SiC时存在不足，为此，提出应用逆反应烧结工艺进行生产性试验的设想。在制备Si3N4／SiC复合材料时，常规反应烧结是以Si和SiC为原料经氮化烧结；逆反应烧结是以Si3N4和SiC为原料，首先使Si3N4反向反应生成活性氧化物后进行烧结。结果表明：该工艺特点是新生的Si2N2O或SiO2进行活性烧结；制品具有良好的物理和化学性能。制品结构紧密，新生氧化物或亚氧化物紧密地充填在Si3N4和SiC颗粒间界，新工艺制备的砖的抗冰晶石熔体侵蚀的性能优于常规工艺烧成砖，是铝电解槽侧壁的良好材料。