SiC对反应烧结多孔Al2TiO5的物相及组织性能影响

本研究以γ-AlOOH、TiO₂和SiC为原料, 通过无压反应烧结制备了Al₂TiO₅多孔材料, 分析比较了SiC粒度和含量对合成产物的物相组成、显微组织、抗压强度、孔隙率和孔径分布的影响。结果表明: 反应产物的物相组成为Al₂TiO₅、Al₆Si2O₁₃、TiC、SiO₂和Al₂O₃, 还有少量未反应的TiO₂。SiC与TiO₂反应生成TiC和SiO₂, TiC颗粒弥散分布于多孔材料壁面或者骨架中, 而SiO₂进一步与γ-AlOOH分解出的Al2O3反应生成Al₆Si₂O₁₃晶须, 晶须交错分布于Al₂TiO₅颗粒之间或者孔洞中, 与TiC颗粒一起提高复合材料的抗压强度, 特别是采用小粒径SiC时, 对抗压强度的改善效果更加显著; 添加大粒径SiC后, 改变原有颗粒堆积状态, 可提高复合材料的孔隙率。但当SiC含量超过5wt%时, 因为生成较多低熔点的SiO₂, 部分填充于多孔材料的孔隙中, 部分则分布于Al₂TiO₅晶粒之间, 既减小孔隙率, 又降低晶粒间结合强度和试样的抗压强度。     

球磨-转喷微注法制备纳米Al2O3颗粒/Al(7075)复合材料的组织及磨损特性

采用球磨-转喷微注相结合的新工艺制备纳米Al₂O₃颗粒(Al₂O_3p)/Al(7075)复合材料,设计一种转喷微注装置,该装置能将连续、微量的纳米Al₂O_3p注入到Al熔体中。观察纳米Al₂O₃增强相对Al(7075)基体合金材料微观组织的影响,并测试Al(7075)基体和纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料的磨损特性。对纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料和Al(7075)基体在不同载荷(15 N、25 N和35 N)下的磨损特性进行对比研究。结果表明:球磨-转喷微注法制备的纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料晶粒较小,且增强相在基体中分布均匀且结合良好;随着载荷增大,纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料磨损量的上升趋势慢于Al(7075)基体。载荷为35 N时,纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料的磨损量较Al(7075)基体少,磨屑尺寸较小,其耐磨性能明显改善,这主要得益于纳米Al₂O_3p的支撑作用和材料的细晶强化作用。      

(Al11La3+Al2O3)/Al复合材料的高温性能及其强化机制

利用Al-La₂O₃的原位反应和粉末冶金工艺制备出(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料。结果表明，高能球磨和高温烧结促进了原位反应，使Al与La₂O₃充分反应并制备出致密无缺陷的材料。对其微观组织的分析表明，微米Al₁₁La₃和纳米Al₂O₃颗粒均匀分散于基体之中。这种复合材料的室温抗拉强度为328 MPa、延伸率为10.5%,350℃的高温抗拉强度为119 MPa、延伸率为10.2%。与传统Al-Cu-Mg-Ag和Al-Si-Cu-Mg耐热铝合金相比，本文的制备的(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料其高温抗拉强度提高了大约20%。这种材料的室温强化机制源于Al₁₁La₃和Al     

SiCW对反应烧结多孔Al2TiO5-SiCW 复合材料的影响

以γ-AlOOH、TiO₂和SiC_w为原料,通过反应烧结制备了多孔Al₂TiO₅-SiC_w复合材料,研究了SiC_w对Al₂TiO₅-SiC_w复合材料物相、微观组织结构、孔隙率和抗压强度的影响。结果表明: 反应产物中主要物相有Al₂TiO₅、Al₆Si₂O₁₃、TiC和SiO₂。由于晶须分解速度快,SiC_w可全部与TiO₂反应生成TiC和SiO₂。添加SiC_w,一方面显著细化了Al₂TiO₅基复合材料的微观组织,生成的细小规则的TiC晶粒和存在于Al₂TiO₅晶界处的Al₆Si₂O₁₃有利于抑制Al₂TiO₅晶粒长大,提高其抗压强度。另一方面,因为SiC_w改变了原料中颗粒之间的堆积方式,使孔径增大、孔隙率显著提高。生成的一定量的SiO₂对晶粒产生黏结,使得Al₂TiO₅基复合材料的孔洞骨架密实,提高了抗压强度,但当SiC_w加入量多时,由于出现较多的玻璃相,会降低抗压强度。     

纤维预热温度对连续Al2O3f/Al复合材料力学性能的影响

选用Nextel610型Al₂O₃纤维为增强体、ZL210A连续氧化铝合金为基体,采用真空压力浸渗法制备纤维增强铝基复合材料(Al₂O_3f/Al),纤维的体积分数为40%,预热温度分别为500、530、560和600℃,研究了纤维预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的微观组织、纤维损伤和力学性能的影响。结果表明：随着纤维预热温度的提高复合材料的致密度随之提高,最大达到99.2%,材料的组织缺陷最少,纤维的分布均匀;随着纤维预热温度的提高从复合材料中萃取出来的Al₂O₃纤维的拉伸强度不断降低,纤维预热温度为600℃的复合材料中Al₂O₃纤维的拉伸强度仅为1150 MPa,纤维表面粗糙,有大尺寸附着物。纤维的预热温度对Al₂O_3f/Al复合材料的拉伸强度有显著的影响。预热温度为500、530、560和600℃的复合材料其拉伸强度分别对应于298、465、498和452 MPa。组织缺陷、纤维损伤和界面结合强度,是影响连续Al₂O_3f/Al复合材料强度的主要因素。     

燃烧合成ZrB2 / Al2O3 复合粉体及其界面分析

采用燃烧还原合成技术, 以还原体系(B₂O₃ + ZrO2 + Al) 为反应体系制备了ZrB₂ / Al₂O₃ 复合粉体。利用X射线衍射(XRD) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和透射电镜( TEM、HRTEM) 对复合粉体的物相组成、化学组成及界面结构进行了表征分析。结果表明, 复合粉体中存在Zr 、B、Al 和O 元素且它们分别以ZrB₂ 和Al₂O₃ 为主要存在形式, ZrB₂ 和Al₂O₃ 为复合粉体的主晶相。复合粉体中有少量ZrO2 的存在, 分析认为是合成反应过程中未参加反应的ZrO2 。ZrB₂ 和Al₂O₃ 颗粒间形成了结合良好的界面, 这主要与ZrB₂ 的结晶过程有关。      

Al2O3/6-6-3青铜复合材料的制备及性能

采用粉末冶金法制备出Al₂O₃/青铜复合材料, 研究了烧结温度、Al₂O₃颗粒尺寸、含量及表面状态对复合材料性能的影响。结果表明, 采用二次压制与烧结工艺制备的复合材料的组织致密,Al₂O₃颗粒分布均匀, 综合性能优于6-6-3青铜材料。Al₂O₃颗粒的化学包覆处理可以使复合材料的性能进一步提高。      

原位自生纳米Al2O3/Al-Zn-Cu复合材料的力学性能

将纳米ZnO粉末和Al粉球磨后冷压成Al-ZnO预制块,然后将其加到Al-Zn-Cu熔体中进行Al-ZnO原位反应,制备出纳米Al₂O₃颗粒增强Al-Zn-Cu基复合材料。能谱面扫描分析和透射电镜观察结果表明,复合材料由纳米Al₂O₃颗粒和Al₂Cu析出相两种颗粒/析出相组成。纳米Al₂O₃颗粒通过异质形核和晶界钉扎,细化了Al-Zn-Cu合金晶粒组织和Al₂Cu析出相。原位纳米Al₂O₃颗粒的生成提高了基体合金的拉伸性能,轧制+热处理使Al₂O₃/Al-Zn-Cu复合材料的拉伸强度比相同处理的基体合金提高约100%,总伸长率提高约98%。     

反应自生Al2O3-Al3Ti-Al 复合材料的抗弯曲性能

将压力铸造(Squeeze-Casting) 与燃烧合成(Combustion-Synthesis) 相结合, 利用TiO₂与Al 之间的反应, 成功地制备了金属相Al 含量不同的Al₂O₃-Al₃Ti-Al 原位复合材料系列。运用三点弯曲方法测试了复合材料的抗弯曲强度和弹性模量。结果表明: 复合材料具有较高的弯曲强度(410～ 490M Pa) 和弹性模量(156～ 216GPa) , 随着金属相Al 含量的增加, 弯曲强度开始有所升高,当A l 体积百分数超过40% 后便明显下降。而弹性模量始终呈降低趋势, 复合材料的高强度源于反应生成细小的Al₂O₃颗粒及Al₃Ti 相的增强作用。      

特高压气体绝缘金属封闭开关设备用Al2O3/环氧树脂复合材料的非等温固化动力学及蠕变性能

针对特高压气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）用Al₂O₃/环氧树脂（EP）复合材料,采用非等温差示扫描量热（DSC）法研究了Al₂O₃/EP复合材料的固化行为,对其DSC曲线进行分峰处理,利用等转化率方法求得不同反应阶段的表观活化能。根据Málek判据得到Al₂O₃/EP复合材料的固化行为符合的模型类型,并求得不同反应阶段的各个动力学参数及固化动力学方程。利用SEM观察Al₂O₃/EP复合材料的微观形貌,通过动态热力学分析仪（DMA）分析其动态热力学性能和高温蠕变性能,利用时温等效预测了Al₂O₃/EP复合材料的长时蠕变行为。结果表明,DSC热流曲线表现为双峰分布;Al₂O₃/EP复合材料的两个反应阶段的表观活化能分别为35.3 kJ/mol及48.1 kJ/mol,Sestak-Berggren自催化模型能够很好地描述Al₂O₃/EP复合材料体系在不同固化阶段的固化行为。Al₂O₃颗粒均匀分散于树脂基体中,填料的加入使裂纹发生偏转。Al₂O₃/EP复合材料的储能模量（E'）随温度的升高而降低,损耗因子（tanδ）峰值对应的玻璃化转变温度（T_g）为120.03℃。Al₂O₃/EP复合材料的抗蠕变性能随着拉伸应力和温度的增加而减弱,随着时间的延长,其蠕变速率减小。      

In-situ Synthesis of Ti3AlC2/TiC-Al2O3 Composite from TiO2-Al-C System

Ti3AlC2/TiC-Al2O3 composite was synthesized by a combustion reaction in TiO2-Al-C system. The effect of the compositions in raw materials on the products was investigated. Ti3AlC2/TiC-Al2O3 composite was obtained at the molar ratio of TiO2:Al:C=3.0:5.0～5.1:1.8～2.0. The reaction path for the 3TiO2-5Al-2C system was proposed. Al3Ti, Ti2O3, TiO, and δ-Al2O3 are found to be transitional phases. Finally,Ti3AlC2/TiC-Al2O3 composite forms at ～900℃ of furnace temperature. The measured Vickers hardness,fracture toughness, and flexural strength of the nearly dense sample from 3TiO2-5Al-2C are 13.3±1.1 GPa,5.8±0.3 MPa.m1/2, and 466±39 MPa, respectively.     

Microstructures, densification and mechanical properties of TiC–Al2O3–Al composite by field-activated combustion synthesis

Dense TiC–Al₂O₃–Al composite was prepared with Al, C and TiO₂ powders by means of electric field-activated combustion synthesis and infiltration of the molten metal (here Al) into the synthesized TiC–Al₂O₃ ceramic. An external electric field can effectively improve the adiabatic combustion temperature of the reactive system and overcome the thermodynamic limitation of reaction with x < 10 mol. Thereby, it can induce a self-sustaining combustion synthesis process. During the formation of Al₂O₃–TiC–Al composite, Al is molten first, and reacted with TiO₂ to form Al₂O₃, followed by the formation of TiC through the reaction between the displaced Ti and C. Highly dense TiC–Al₂O₃–Al with relative density of up to 92.5% was directly fabricated with the application of a 14 mol excess Al content and a 25 V cm⁻¹ field strength, in which TiC and Al₂O₃ particles possess fine-structured sizes of 0.2–1.0 μm, with uniform distribution in metal Al. The hardness, bending strength and fracture toughness of the synthesized TiC–Al₂O₃–Al composite are 56.5 GPa, 531 MPa and 10.96 MPa m^1/2, respectively.     

致密TiC-Al2O3复合陶瓷材料的自蔓延高温合成

本文通过自蔓延高温合成结合准热等静压法制备出了致密度为９７．２％的ＴｉＣ－Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷,分析了合成产物的结构,组织和性能。结果表明,复合陶瓷由近乎球形的ＴｉＣ颗粒和不规则的Ａｌ２Ｏ３相组成,ＴｉＣ和Ａｌ２Ｏ３之间的界面光滑。     

SHS/QC法制备TiC/Al2O3复合陶瓷的显微组织研究

通过自蔓延高温合成结合快速加压法（ＳＨＳ／ＱＣ）制备了ＴｉＣ／Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷。研究了在不同预热温度、不同稀释剂加入条件下制备的ＴｉＣ／Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷的 相、组织特征。结果表明,随着预热温度的升高,燃烧由不稳定的螺旋燃烧向稳定的平面燃烧过渡,材料易于压实成型且反应充分,但生成的材料组织粗大。反之,生成的ＴｉＣ、Ａｌ２Ｏ３颗粒细小,但加压成型时易出现裂纹。试验测定了该体系的燃烧特性参数,并对反     

Al_6Si_2O_(13)晶须和TiC颗粒复合强化多孔Al_2TiO_5基复合材料

以γ-AlOOH和TiO_2为原料,添加不同质量分数SiC晶须(SiCw),采用无压反应烧结法制备多孔(Al_6Si_2O_(13)+TiC)/Al_2TiO_5复合材料,分析了SiCw质量分数对(Al_6Si_2O_(13)+TiC)/Al_2TiO_5复合材料孔隙率和抗压强度的影响,讨论了SiCw的强化机制。结果表明:不添加SiCw时,产物主要为Al_2TiO_5和少量Al_2O_3,还有少量未反应的TiO_2;加入SiCw之后,还形成了Al_6Si_2O_(13)和TiC相,TiC和Al_6Si_2O_(13)分别以规则颗粒状和晶须形态存在于Al_2TiO_5基体中。TiC颗粒与Al_6Si_2O_(13)晶须通过细化显微组织、裂纹偏转和晶须桥连机制,起到协同强化作用。SiCw的添加使孔隙率和抗压强度同时大幅度提高,随着SiCw质量分数的增加,(Al_6Si_2O_(13)+TiC)/Al_2TiO_5复合材料孔隙率降低,抗压强度提高的速率减小,当SiCw的质量分数为7.2%时,抗压强度最高,达到301.81 MPa。     

溶液燃烧法合成镧掺杂γ-Al_2O_3粉体

以Al(NO3)3.9H2O、La(NO3)3.6H2O为氧化剂,C2H5NO2为还原剂,采用溶液燃烧法制备镧掺杂γ-Al2O3粉体,利用X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜等分析手段对产物进行表征,考察煅烧温度、煅烧时间、反应物配比对产物的影响。结果表明,采用溶液燃烧法可以一步制备出镧掺杂γ-Al2O3复合粉体;煅烧温度、煅烧时间、反应物配比都对产物有一定的影响,La元素的加入可以提高γ-Al2O3的相变温度,热稳定性提高到950℃;产物中没有La2O3的存在,其中La元素以La3+存在于γ-Al2O3晶体间隙,并不能取代晶格中Al3+的位置。     

In-Situ Manufacturing of NiAl-TiC Composites with Three Dimensional (3D) Discrete Particular Network and Bi-Continuous Microstructures

NiAl-TiC intermetallic-ceramic composite system is a candidate for structural applications. Thus, in this research, near fully dense NiAl–xTiC composites [x?=?0, 28 and 48?vol fraction percent (vol.%)] were produced through in-situ manufacturing process using exothermic synthesis reactions of Al, Ni, Ti and C precursors and their consolidation via hot press apparatus. NiAl-28?vol.% TiC composite showed a simple three dimensional (3D) discrete networks of TiC particular fillers in the continuous polycrystalline monolithic NiAl intermetallic matrix as a thermal management strategy for elevated temperature applications while NiAl-48?vol.% TiC composite indicated interconnectivity of TiC particles in certain regions of NiAl matrix known as bi-continuous microstructure. Reasons for the higher mechanical properties of NiAl-28?vol.% TiC in comparison monolithic NiAl were also discussed.     

TiC与TiC-WC的添加对FeAl/Al2O3复合材料力学性能的影响

在FeAl/Al2O3复合材料基体中分别加入TiC或TiC-WC固溶体可显著提高其抗弯强度。当添加20％TiC和20％TiC-WC固溶体时，复合材料的抗弯强度分别达到1028．46MPa和1328．72MPa，但其断裂韧性分别降低约40％和30％。当TiC-WC固溶体加入量为5％时，可同时提高复合材料的抗弯强度和断裂韧性。     

致密TiC-Al2O3-Fe 金属陶瓷的自蔓延高温合成

通过自蔓延高温合成结合准热等静压法(SHS/PH IP) 制备出了致密的TiC₂Al₂O₃-20Fe 金属陶瓷。研究了延迟时间、高压持续时间、压力等工艺参数对金属陶瓷密实度的影响, 分析了金属陶瓷的相组成、微观组织及性能。结果表明, 燃烧合成过程中气体的排放和液相的存在是合成密实材料的关键, 通过优化工艺合成了密实度为97. 7% 的TiC₂Al₂O₃-20Fe 金属陶瓷。金属陶瓷由TiC、Al₂O₃ 和Fe 粘结相组成。粘结相Fe 与Al₂O₃ 之间界面光滑,Fe 与T iC 之间有一较薄扩散层。TiC₂Al₂O₃-20Fe 金属陶瓷的抗弯强度和抗压强度分别为890M Pa 和18. 4 GPa。