自蔓延高温合成Ti_3AlC_2和Ti_2AlC及其反应机理研究

以Ti,Al和C的粉体混合物为原料 ,在纯氩气气氛 ,2 5MPa压力 ,160 0℃保温 4h条件下 ,自蔓延高温合成了Ti3AlC2 和Ti2 AlC .利用X射线衍射分析 (XRD)和扫描电镜 (SEM )等手段对反应产物进行了研究 .提出了自蔓延高温合成Ti3AlC2 和Ti2 AlC应具备的条件 ,并探讨了Ti,Al和C自蔓延高温合成Ti3AlC2 和Ti2 AlC的反应机理 .结果表明 ,Ti3AlC2 和Ti2 AlC能够由Ti,Al和C元素经高温自蔓延合成反应来制备 ,其制备的必要条件是需要极快的加热速率以防止铝熔化并且改变钛的转移路线 .Ti3AlC2 和Ti2 AlC综合了金属材料和陶瓷材料的优点 .成功的用自蔓延高温方法合成Ti3AlC2 和Ti2 AlC必将为该类材料纯块体的合成和制备提供好的原料 。

燃烧合成Ti_3AlC_2粉体的机理研究

利用淬火实验并结合XRD、SEM研究了燃烧合成Ti3AlC2粉体的机理.实验结果表明,燃烧合成Ti3AlC2粉体的机理是溶解再析出机制.即先生成的TiC晶核重新溶解到Ti-Al熔体中,同时三元碳化物开始析出并发育成层状结构.反应可以分为三个阶段:A.预热阶段;B.初始反应阶段;C.溶解析出阶段.

热压烧结Ti_3AlC_2材料的制备、结构与性能研究

采用热压工艺研究了不同工艺制度和原料中不同的Si含量对Ti3AlC2合成的影响。研究表明:在1300℃~1500℃,30MPa压力和Ar气氛中热压摩尔比为n(TiC)?n(Ti)?n(Al)?n(Si)=2?1?1?0.2的混合粉末,可以得到纯度达98%(质量分数)以上的致密块体Ti3AlC2材料;添加的Si均匀分布在基体中,形成固溶体,当添加Si的摩尔比为0.2时,固溶体的化学式为Ti2.76Al0.78Si0.22C2。烧结试样的晶体为层片状结构,1300℃和1400℃时,烧结试样的晶粒尺寸分别为10μm^15μm和20μm^30μm。材料的维氏硬度为3.3GPa^5.0GPa,弹性模量为289GPa,抗压强度为785MPa,抗弯强度为375MPa,断裂韧性为7.0MPa·m1/2;25℃时,电导率为3.1×106S·m-1,热容为125.4J/mol·K,热导率为27.5W/m·K;热膨胀系数为8.8×10-6K-1。

添加TiC和Ti_3AlC_2对燃烧合成Ti_3AlC_2粉体的影响

Ti、AI、C和TiC组成的Ti:Al:C=3:1.1:1.8(摩尔比)体系的燃烧合成实验结果表明,当在体系中未加入TiC时,得到的主要是TiC,但加入TiC后燃烧合成产物主要是Ti3AlC2,且Ti3AlC2量随TiC加入量的增加而增加,随燃烧反应体系温度的降低而增加;加入晶种Ti3AlC2有利于合成Ti3AlC2相物质.

不同钛碳摩尔比和铝含量对Ti-Al-C体系燃烧合成Ti_3AlC_2粉体的影响

以Ti,Al,C和TiC粉末为原料,研究了钛碳摩尔比和Al含量对Ti-Al-C体系燃烧合成产物相组成的影响。实验表明,不同的钛碳摩尔比和Al含量变化,对Ti-Al-C体系燃烧合成Ti3AlC2粉体有很大影响。当Ti/C=1或1.5时,燃烧产物主晶相是TiC,与原料中Al含量变化关系不大;Ti/C=2和Ti/C=3时,主晶相分别是Ti3AlC2和Ti2AlC,它们的衍射峰强度均分别随原料中Al含量增加而增强,当Al含量增加到一定量后,Ti3AlC2和Ti2AlC的衍射峰强度均又减弱;TiC是Ti-Al-C体系燃烧合成TiAlC相的中间产物。

放电等离子(SPS)快速烧结可加工陶瓷Ti_3AlC_2

利用放电等离子烧结技术研究了SHS的Ti3AlC2粉体的烧结过程.烧结温度1 450℃,压力20 MPa,真空烧结,保温5 min,可获得相对密度达98.4%的致密烧结体,HV可达3.8 GPa;烧结温度为1 500℃,则可获得完全致密的烧结体,HV可达4.2 GPa;烧结体的维氏硬度随烧结温度(1300℃～1500℃)的升高而增大;SEM分析表明,SPS技术烧结制备的Ti3AlC2陶瓷,片层大小随烧结温度的升高而增大.

添加TiAl对燃烧合成Ti_3AlC_2粉体的影响

采用 Ti,Al和C粉末为反应物原料,研究了添加金属间化合物TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响.从动力学和热力学的角度探讨了TiAl对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理.实验结果表明,仅以单质粉末Ti,Al和碳黑为原料,按Ti3AlC2化学计量比配料,燃烧产物的主要物相是TiC,只能得到少量Ti3AlC2相,但在保持原料配比不变的情况下,在反应物原料中添加金属间化合物TiAl(20%～35%)(质量百分数)后,燃烧合成产物中Ti3AlC2的含量显著增加,成为燃烧产物的主要物相,而TiC的含量则显著减少.燃烧产物中Ti3AlC2的含量随添加TiAl量的增加而显著增多.

不同铝含量对Ti-Al-C系燃烧合成Ti_3AlC_2粉体的影响

采用Ti、Al、C和TiC粉末为反应物原料,研究了Ti∶C=3∶2时,不同Al含量(12.3%～25.4%,atomicfraction)对Ti-Al-C体系燃烧合成Ti3AlC2粉体的影响。探讨了Al含量对燃烧合成Ti3AlC2的影响机理。实验表明,Al含量对Ti-Al-C体系燃烧合成Ti3AlC2影响较大,Ti3AlC2的含量随Al含量(12.3%～19.4%)增加而增加,但在Al含量为20.6%～25.4%时,却随Al含量的增加而降低。

燃烧温度对燃烧合成Ti_3AlC_2和Ti_2AlC的影响

以钛、铝和碳黑单质粉末为反应物原料,在保持Ti∶Al∶C=2∶1∶1(摩尔比)不变的情况下,分别添加具有稀释剂作用的TiC,燃烧产物主晶相由Ti3AlC2变为Ti2AlC相,随着燃烧温度的降低,Ti2AlC相的含量逐渐增多。从热力学上考虑,生成Ti3AlC2的温度上限比生成Ti2AlC的温度上限宽。当燃烧反应温度超过1600℃时,Ti2AlC难以生成,而Ti3AlC2仍可生成。

热压烧结燃烧合成Ti_3AlC_2粉体的研究

以燃烧合成Ti3AlC2粉体为原料,研究了不同热压温度下Ti3AlC2粉体的热压烧结过程。实验结果表明,热压烧结Ti3AlC2粉体可得到Ti3AlC2致密块体陶瓷,Ti3AlC2粉体的热压烧结活性比直接使用Ti、Al(或Al4C3)和C为原料热压烧结的活性高,热压烧结温度以1400～1500℃之间为佳;烧结温度为1450℃,压力25MPa,Ar保护,保温2h的条件下,烧结Ti3AlC2粉体可得理论相对密度为99.05%,维氏硬度2.8GPa,抗弯强度426.02MPa,断裂韧性10.08MPa·m1/2的烧结块体;烧结样品的密度和断裂韧性随烧结温度升高而增大,抗弯强度在高于1400℃时随热压温度升高而降低。

机械合金化制备Ti_3AlC_2陶瓷材料的研究

采用Ti,Al和C元素粉末为反应物原料,通过机械合金化法成功地制备出高含量三元碳化合物Ti_3AlC_2陶瓷粉体。按Ti_3AlC_2化学计量比为起始反应原料配比(Ti:Al:C=3:1:2)的元素混合粉末,经3 h的机械合金化后,Ti、Al和C单质混合粉末发生化学反应,生成以Ti_3AlC_2为主晶相,并含有少量TiC的混合粉体和小块体;粉体中Ti_3AlC_2的含量达到83%(质量分数,下同)。产物合成的原因是在Ti-Al-C体系中发生了一种机械诱发自蔓延反应。

TiH_2做Ti源合成Ti_2AlC/Ti_3AlC_2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。

自蔓延高温合成Ti_3AlC_2材料及其摩擦磨损性能

以TiC,Ti,Al,C粉末为反应物原料,采用自蔓延高温反应按照质量分数为15%TiC,50%Ti,28%Al,7%C的配比合成了纯度为96.76%、气孔率为9.45%的高纯Ti3AlC2块体材料。研究添加TiC对合成产物Ti3AlC2材料纯度的影响,并对其摩擦磨损性能进行分析。结果表明:当添加TiC的质量分数小于15%,Ti3AlC2含量随TiC含量的增加而增加;当添加TiC质量分数大于15%,Ti3AlC2含量随TiC含量的增加而降低。当载荷较小,Ti3AlC2材料以磨粒磨损为主;而载荷较大,其以磨粒磨损为主并伴随有轻微黏着磨损。

热处理温度对机械合金化合成Ti3AlC2粉体纯度的影响

采用放电等离子烧结（SPS）系统对含有TiC等杂质相的机械合金化（MA）合成的Ti3AlC2粉体进行热处理，研究了热处理温度对粉体中Ti3AlC2纯度的影响。结果表明：SPS无压加热处理可以显著提高机械合金化合成粉体中Ti3AlC2的含量。经SPS热处理的粉体中Ti3AlC2的含量在600～1000℃范围内随热处理温度的提高而增加，温度不高于900℃时处理后的粉体还基本保持粉体特征。当温度为1000℃时，得到产物中Ti3AlC2纯度可达到93％。通过对点阵常数测定可知随着热处理温度的提高Ti3AlC2点阵常数逐渐接近理论值。

Ti_3AlC_2材料的制备及其高温抗氧化性能研究

以TiC粉、Ti粉和Al为原料,按TiC∶Ti∶Al=2∶1∶1(原子比)混合,采用真空热压烧结法制备Ti3AlC2材料。XRD和SEM分析表明,合成产物中几乎全为Ti3AlC2相,TiC含量极少,层片状的Ti3AlC2发育良好,晶粒细小,分布均匀。该材料在900℃空气中断续氧化30h后的氧化动力学遵循抛物线规律,氧化层主要成分为TiO2和Al2O3,与基体粘结紧密,起到良好的保护作用。

微波反应快速合成Ti_3AlC_2和Ti_2AlC材料

以Ti、Al和石墨粉体为原料,采用微波热处理技术,反应合成了钛铝碳材料(Ti3AlC2和Ti2AlC)。研究了原料配比和添加过量Al对反应合成钛铝碳的影响。研究结果表明,通过微波处理Ti/Al/C坯体,升温速率为200℃/min,升温至680℃会诱发热爆反应。当原料配比为3Ti/Al/2C时,合成产物的主相为Ti3AlC2、Ti2AlC和Ti C,以及少量的Al3Ti。2Ti/Al/C反应后生成的主相则为Ti3AlC2和Ti2AlC,还有少量Ti C、Ti3AlC和Al3Ti。在以上两种原料中适当添加过量的Al均可以显著的促进Ti3AlC2和Ti2AlC的合成,显著减少产物中的Ti C和其它钛铝化合物相。在原料中当多添加0.2和0.3 mol Al时,产物基本上由Ti3AlC2和Ti2AlC组成。

自蔓延高温合成高纯Ti_3AlC_2

以Ti、Al、C单质粉末为原料,通过高温自蔓延制备高纯的Ti3AlC2材料,研究钛碳比、铝含量及添加助剂Si对Ti3AlC2合成的影响,利用XRD和SEM研究该材料的物相组成和显微结构。结果表明:Si元素的加入显著促进了Ti3AlC2的合成;钛碳比及Al的相含量对Ti3AlC2的形成有很大影响,合适的钛碳比和适当过量的Al有利于提高粉体中Ti3AlC2的含量;通过K-值法估算Ti3AlC2的纯度,以3Ti/1.2Al/2C/0.3Si粉体为原料经高温自蔓延获得了质量分数达92.6%的Ti3AlC2粉体。

Cu-Ti_3AlC_2金属陶瓷的制备与性能研究

采用粉末冶金工艺制备Cu-Ti3AlC2金属陶瓷,借助XRD、SEM观察相成分和断口形貌,并研究Ti3AlC2增强相含量对产物密度、硬度、抗弯强度、断裂韧度和室温电导率的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,Cu的衍射峰位置向左偏移,这与Al的固溶有关。随着Ti3AlC2含量的增加,金属陶瓷的密度和断裂韧度逐渐减小,硬度和电导率逐渐增大,抗弯强度先增大后减小。当Ti3AlC2含量为30%时,Cu-Ti3AlC2金属陶瓷综合性能最好,其硬度(HV)、抗弯强度、断裂韧度和电导率分别为1.7GPa、733MPa、9.3MPa·m1/2和1.37×106S·m-1。

燃烧合成Ti_3AlC_2及其热稳定性

采用燃烧合成技术,通过改变Ti、Al和C3种粉末的比例制备出高纯度的Ti3AlC2块体材料,并对其在氩气中的高温热稳定性进行了研究。X射线衍射(XRD)表明合成产物除了含有Ti3AlC2外,还含有少量TiC和Ti-Al金属间化合物,经k值法计算得Ti3AlC2最高含量为96.7%。耦合等离子-原子发射光谱(ICP-AES)结果表明最高纯度的合成产物中Ti、Al质量分数分别为74.2%和13.7%,与Ti3AlC2中Ti和Al含量十分接近。利用SEM对燃烧产物断口进行了观察,发现明显的层片状结构。热重-差热(TG-DTA)结果表明燃烧合成的高纯Ti3AlC2在加热过程中没有明显的热效应,说明合成的产物处于近似平衡状态。Ti3AlC2的分解温度在1370℃左右,同时由于氧化作用而导致试样质量略有增加。

三元层状碳化物Ti_3AlC_2的无压烧结合成

通过液相磁力搅拌混合原料粉末钛、铝、石墨以及少量锡，压片后在1300～1400℃无压烧结合成了三元Ti3AlC2陶瓷。研磨粉碎后样品的x射线衍射（XRD）结果表明，在1300和1350烧结30min，可以得到Ti3AlC2相，同时存在Ti3AlC2相和TiC相的粉体。原料粉末为3Ti：1．0Al：1.8C：0．2Sn的样品在1400℃烧结30min后研磨，可以得到纯度较高的Ti3AlC2粉体，扫描电镜照片显示合成的鸭A嵫为层状结构，厚度约在50～100nm。结合差示扫描量热曲线和XRD图谱对合成反应机理进行了初步探讨，表明原始粉末首先在铝熔池中反应生成钛铝金属间化合物，随着温度的升高，生成有TiC，钛铝金属间化合物与石墨、TiC继续反应，最终合成Tj3AlC2。