热压烧结制备原位复合（TiB2+TiC）/Ti3SiC2复相陶瓷

采用热压烧结法制备了原位复合(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对材料的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对材料物相组成、烧结性能、显微结构与力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1 350～1 500℃范围内,随着烧结温度的升高,合成反应进行逐渐完全,材料的密度、抗弯强度和断裂韧性显著提高。1 500℃烧结可得到致密的原位复合(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷,材料晶粒发育较完善,层片状Ti3SiC2、柱状TiB2与等轴状TiC晶粒清晰可见,增强相晶粒细小,晶界干净,材料的抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度分别达到741 MPa,10.12 MPa.m1/2和9.65 GPa。烧结温度达到1 550℃时Ti3SiC2开始发生分解,材料的密度和力学性能又显著下降。     

放电等离子制备Ti3AlC2/TiB2复合材料及性能

采用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)工艺制备了Ti3AlC2/TiB2复合材料,并研究了复合材料的性能.研究表明:在1 250℃,30MPa烧结8min,可以获得相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料性能,当TiB2含量为30%(体积分数,下同)时,Ti3AlC2/30%TiB2复合材料的Vickers硬度达到10.39GPa,电导率为3.7×106 S/m;当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696MPa,断裂韧性为6.6MPa·m1/2.用电子显微镜对复合材料的显微结构分析表明:Ti3AlC2/TiB2复合材料的晶粒为层状结构.     

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。     

反应热压法制备TiB_2-Ti(C,N)复相陶瓷研究

采用反应热压法制造TiB_2-Ti(C, N)复相陶瓷,用Ti,TiH_2,BN,B_4C,C,B等为原料,通过化学反应设计可以制备出不同相组成及碳氮比的复相陶瓷。这种方法工艺简单、制造成本低。由SEM发现这种复相陶瓷在TiB_2和TiC_(0.5)N_(0.5)颗粒内部,分別分散着非常细小(一般为几十纳米)的Ti(C,N)和TiB_2颗粒,这种结构可能对材料的性能发挥着重要的作用。如何通过工艺控制这种结构的形成值得深入研究。断口分析发现较租的TiB_2晶粒发生穿晶断裂现象。     

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)。     

(SiC,TiB2)/B4C复合材料的微观结构及性能

以B4C与Si3N4和少量SiC,TiC为原料,Al2O3和Y2O3为烧结助剂,烧结温度为1 800～1 880℃,压力为30 MPa的热压条件下制备(SiC,TiB2)/B4C复合材料.用透射电子显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析进行显微结构分析.结果表明:在烧结过程中反应生成了SiC,TiB2和少量的BN.复合材料的主晶相之间有长棒状架构弥散相和束状弥散相,在部分B4C晶粒内部出现了内晶结构.结合对复合材料性能的分析表明:新形成相、均匀细晶和棒状结构对提高材料的性能具有重要作用.通过对材料断口形貌和裂纹扩展模式分析认为,复合材料的断裂机制主要为裂纹偏转.     

碳热还原法合成TiB_2的热力学分析与研究

以30μm TiO2(w(TiO2)>99.8%,金红石型)、50 μm B2O3(w(B2O3)>99.5%)及10μm石墨粉(w(C)>99%)为原料,按n(TiO2):n(B2O3):n(C)=1:1:5进行配料后放入不锈钢球磨罐中抽真空球磨24 h,然后将反应混合物移入石墨坩埚内置于热压炉中,分别在1 250、1 350、1 400、1 500、1 600、1 700℃保温4 h进行反应.对以TiO2、B2O3、石墨粉为原料合成TiB2的反应体系进行了热力学计算,并对反应产物进行XRD与SEM分析.热力学计算表明,上述3种原料通过碳热还原反应合成硼化钛的反应开始温度为1 556 K.而合成产物的XRD分析表明,生成硼化钛的开始温度为1 350℃以上.碳热还原TiO2和B2O3合成TiB2的反应机理应为C还原TiO2,其中间产物为Ti3O5、Ti2O3、TiO,然后这些中间产物与B2O3一起逐渐被C还原生成TiB2.SEM分析表明,TiB2颗粒呈不规则短柱状,粒度为5～10m;当反应温度达到1 700℃以上时,硼化钛晶粒有长大的现象.     

自蔓延离心熔铸TiB2-(Ti,W)C-TiC陶瓷研究

基于离心热爆反应、难熔液相分离与快速凝固原理,选取(WO3+Al+C)体系辅助(B4C+Ti)反应体系,采用自蔓延离心熔铸工艺可以成功制备出TiB2微纳米晶补强TiC-(Ti,W)C陶瓷基复合材料.将(B4C+Ti)、(WO3+Al+C)两种反应体系依次装填入坩埚中进行SHS离心熔铸实验,发现因W-Ti-C液相动力学粘度的降低、Al2O3液滴迁移路程减小,极大促进Al2O3液滴的Stokes上浮过程,故而显著减小残存于陶瓷基体上的氧化物夹杂含量与尺寸,进而TiB2微纳米片晶诱发的强烈自增韧机制与Al2O3微纳米晶产生的残余应力增韧效应,使得TiB2-(Ti,W)C-TiC陶瓷的弯曲强度、断裂韧性与维氏硬度分别达到(952±25)MPa、(12.6±2.5)MPa·m1/2与(28.6±1.2)GPa.     

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。     

热压合成Ti3Si0.9Al0.3C1.95固溶体材料

以单质的Ti,Si,Al粉和石墨粉为原料,用热压烧结法原位合成了单一相的Ti3Si0.9Al0.3C1.95层间固溶体材料.研究了合成温度和原料配比对合成产物相组成的影响,并对Ti3Si0.9Al0.3C1.95晶粒的超结构现象及其转变进行了讨论.结果表明:合成单一相Ti3Si0.9Al0.3C1.95固溶体的最佳原料摩尔配比为该相理论配比,相应的最佳热压烧结温度为1 600℃.Ti3Si0.9Al0.3C1.95晶粒具有与Ti3SiC2类似的板状晶外形,但各个晶面的X射线衍射(X-raydiffraction,XRD)峰的2θ与Ti3SiC2相比向小角度方向偏移.块体材料中Ti3Si0.9Al0.3C1.95晶粒的Si(Al)原子层存在原子无序排列的超结构现象,其XRD谱中没有或只有微弱的(OOI)晶面的衍射峰存在,但取自于同一块材料的粉末,其晶粒的Si(Al)原子层发生有序化转变,超结构现象消失.     

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.     

非等温DSC法研究TiB_2/环氧树脂E-44体系固化动力学

采用非等温DSC法对硼化钛(TiB2)/环氧树脂E-44体系的固化反应动力学进行了研究。应用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa法计算得到了纯E-44和TiB2/E-44体系的固化反应动力学参数,并求得TiB2/E-44体系固化反应速率方程。结果表明,两种方法所得的动力学参数相近,验证了该体系符合n级反应模型原理。利用外推法得到了TiB2/E-44体系的固化起始温度T0(192.8℃)、峰顶温度Tp(251.3℃)及完成温度Ti(262.1℃)。按照上述优化固化工艺制备TiB2/E-44样品,用SEM观察样品微观形貌表明,样品中无裂纹和气泡孔,各相之间粘接很好,组织结构致密。     

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。     

通过SHS法在氮气气氛下直接合成碳氮化钛

用自蔓延高温合成法(SHS)直接合成碳氮化钛的实验研究是在氮气气氛下利用钛和炭粉末制成的压块试样的燃烧进行的。本实验研究了试样的生坯密度、氮气压力和稀释剂的含量对转化率以及焰锋速度的影响。对于未稀释的试样,获得低的氮气摄取,主要是由于在反应过程中金属钛的过量熔融。试验结果表明,为了获得完全的转化,需要添加稀释剂TiN。本研究合成了TiC0.7N0.3、TiC0.5N0.5、TiC0.3N0.7这3种化学计量碳氮化物。所需的稀释剂含量和氮气压力依据最终产物的氮含量而增加。TiC0.7N0.3是将组成为0.9Ti+0.7C+0.1TiN的试样,在0.62MPa或更高的氮气压力下完全转化而成。TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7的合成需要更多的稀释剂和更高的氮气压力,分别是在1.14MPa的氮气压力下用组成为0.7Ti+0.5C+0.25TiN的试样合成的,及在1.65MPa的氮气压力下以0.6Ti+0.3C+0.4TiN的试样合成的。     

B4C(W,Ti)C陶瓷复合材料的制备及其性能

采用热压烧结工艺制备了B4C/(W,Ti)C陶瓷复合材料.研究表明:B4C/(W,Ti)C陶瓷材料烧结时将产生化学反应,反应产物为TiB2和W2B5.B4C/(W,Ti)C陶瓷材料的性能与(W,Ti)C的含量密切相关,随(W,Ti)C含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性逐渐增加,硬度逐渐减小;当保温时间低于50min时,材料的致密度、抗弯强度和硬度显著降低;B4C/(W,Ti)C陶瓷复合材料的最佳性能参数为:抗弯强度693MPa,维氏硬度23.5GPa,断裂韧性3.9MPa·m1/2.磨损实验表明,B4C/(W,Ti)C陶瓷材料在低速小载荷的实验条件下,耐磨性能优异,在高速大载荷的实验条件下,磨损过程中局部点的高温导致试样表面发生氧化,加剧了材料的磨损.     

热压烧结TiB2-ZrB2固溶复合陶瓷的结构研究

以ZrB2作为掺加剂，通过热压烧结制备了TiB2-ZrB2固溶复合陶瓷。采用X射线衍射分析对材料的相组成，晶格常数和晶体结构进行了分析，材料的显微结构分别由EPMA，SEM和TEM测定。研究结果表明，随着ZrB2掺入量的增大，固溶产物的晶格常数会相应增加，当ZrB2的掺加量为8％（摩尔分数）时，产物的晶格常数出现极大值；ZrB2可以与TiB2形成部分固溶的固溶体，在复合材料中存在富Ti和富Zr的两种硼化物；由于固溶反应在界面上进行，有效地降低了烧结过程中的晶界移动速度，从而使材料的大晶粒细化。     

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。     

Co取代对Nd(Zn0.5Ti0.5)O3微波介质陶瓷结构与性能的影响

采用传统固相法制备Nd[(Zn1?xCox)0.5Ti0.5]O3 (0≤x≤0.9)微波介质陶瓷,研究Co2+在B位取代Zn2+对Nd(Zn0.5Ti0.5)O3微波介质陶瓷的结构和微波介电性能的影响. 结果表明,在研究的组分范围内,Nd[(Zn1?xCox)0.5Ti0.5]O3陶瓷均能形成单斜钙钛矿型固溶体,随Co取代量增加,陶瓷的相对介电常数?r逐渐减小,谐振频率温度系数?f逐渐向负值移动,品质因数Q×f先增大后下降,在x=0.3 mol时达到最大值215130 GHz, Q×f大幅增加是有序度作用所致. 在1410℃下烧结4 h, Nd[(Zn0.7Co0.3)0.5Ti0.5]O3陶瓷具有优异的微波介电性能,?r=31.2, Q×f=215130 GHz, ?f=?35.7×10?6℃?1.     

自蔓延高温合成/快速加压法制备二硼化钛陶瓷的致密化机理

用自蔓延高温合成/快速加压(self-propagating high temperacre synthesis/quick pressing,SHS/QP)法制备了 TiB2陶瓷.用扫描电镜及透射电镜观察陶瓷产品的微观形貌.对TiB2陶瓷致密化的动力学过程及结构形成过程进行了分析,并提出SHS/QP陶瓷烧结的致密化机理.结果表明:在SHS/QP过程中TiB2陶瓷的致密化是晶粒的重排及高温塑性变形共同作用的结果.     

Co、Mn共掺杂铋层状Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)无铅压电陶瓷的显微结构及电性能

采用固相法制备Na0.5Bi4.5Ti4O15+x%Co2O3+y%MnCO3(NBT-CM-x)(y=0.1x)铋层状无铅压电陶瓷,研究了Co、Mn共掺杂对Na0.5Bi4.5Ti4O15陶瓷显微结构和电性能的影响。结果表明:所有样品均为铋层状结构;Co、Mn共掺杂能促进陶瓷晶粒生长;随Co、Mn共掺杂量的增加,Curie温度TC逐渐升高(均在635℃以上);Cole-Cole图出现2个圆弧,表明存在晶粒和晶界效应;适量Co、Mn共掺杂提高了Na0.5Bi4.5Ti4O15陶瓷的压电常数d33、剩余极化强度Pr、机械品质因数Qm和相对介电常数εr,降低了直流电导率σDC和介电损耗tanδ。当x=3.0时,NBT-CM-x陶瓷的综合性能最佳:d33=24pC/N,Pr=11.70μC/cm2,Qm=3 117,εr=198,tanδ=0.19%,kp=9.9%,kt=14.7%,表明该陶瓷材料具有良好的高温应用前景。