Ti-Al/TiC陶瓷基复合材料烧结过程的研究

用DTA方法分析了Ti AI/TiC陶瓷基复合材料的烧结过程 ,测定了材料的力学性能 ,分析了不同的烧结制度对材料性能的影响。实验结果表明 :温度升高至 5 0 0℃以上时 ,Ti与Al发生反应Ti+3Al→Al3Ti,Al3Ti+2Ti→ 3TiAl,TiAl+2Ti→Ti3Al,依次生成Al3Ti,TiAl和Ti3Al,这一过程为放热过程。继续升温至 90 0℃以上时 ,体系出现吸热现象。分析认为 ,在最高温度 16 0 0℃ ,压力 30MPa烧结时得到的材料室温力学性能优于在最高温度15 2 0℃ ,压力 17 3MPa烧结时得到的材料的室温力学性能。

Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料的准静态压缩力学行为

通过对Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料进行准静态压缩试验,对其变形及断裂机理等展开研究,为该类材料的成分设计和工程应用提供基础。试件是由Ti基非晶合金与不同孔隙率的SiC陶瓷骨架复合所得,在不同应变速率下,对试样进行室温轴向准静态压缩性能测试,并观察试件的微观组织和断面特征。结果表明:SiC体积分数为85%的复合材料的准静态抗压强度达到2343 MPa,抗压强度随SiC含量增加而增加,在准静态加载的应变率范围内,复合材料及各相的强度对应变率不敏感,断裂特征为典型的脆性断裂;裂纹主要在SiC相和两相界面处扩展,Ti基非晶相对裂纹的扩展起到阻碍作用;SiC相对Ti基非晶相的约束诱发了Ti基非晶相中多重剪切带的形成,提高了材料复合的变形能力,而Ti基非晶相对SiC相的约束导致SiC相碎化严重,增强了复合材料的承载能力。

Ti基非晶合金及其SiC陶瓷骨架复合材料动态压缩力学行为研究

为了验证Ti基非晶合金和陶瓷两种材料三维连通网状结构的复合优势,制备出具有优良抗冲击性能的复合材料,本文采用铜模吸铸法制备了Ti基非晶合金,并用渗流铸造法制备出孔隙率分别为30.86%、18.14%和15.28%的Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料。采用X射线衍射仪对纯Ti基非晶合金以及SiC陶瓷骨架复合材料进行相分析,确认了试件材料的非晶状态;在不同应变速率下,用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对试样进行室温轴向动态压缩力学性能测试,并利用能谱型场发射扫描电镜(SEM)等设备观察了试件的微观组织和断面特征,对比分析了Ti基非晶合金和SiC陶瓷骨架复合材料的动态压缩力学性能和失效机理。研究表明,Ti基非晶合金/SiC陶瓷骨架复合材料内部的微裂纹最初萌生于应力集中的两相界面处,并在SiC相内部或两相界面处扩展,继续加载,SiC相失效后,Ti基非晶合金相在远超过其动态压缩强度的应力下迅速失效,复合材料整体失效。SiC相内的断裂形貌主要有微裂纹与解理台阶,Ti基非晶合金相内的断裂形貌有脉状花样、多重脊状条带、蜂窝状花样与光滑无特征区,其中以光滑无特征区为主。复合材料的抗压强度随SiC含量的增加而增加,SiC体积分数为85%的复合材料,其动态抗压强度达到1 664 MPa。

增材制造Ti6Al4V基复合材料研究进展

Ti6Al4V基复合材料具有高杨氏模量、高比强度、良好的耐磨性和高温耐久性等一系列优异的性能,在航空航天、汽车制造和石油化工等高端结构材料领域具有广阔的应用前景。然而,Ti6Al4V基复合材料的传统减材制造方法存在能耗高、效率低、工艺复杂、材料利用率低和后处理加工成本高等共性缺点,无法满足规模化应用的需要。在此情况下,增材制造(additive manufacturing,AM)技术因具有能耗低、效率高、材料利用率高及对复杂形状制品可实现近净成型等优点,在制备Ti6Al4V等合金及其复合材料方面具有显著的应用优势和重要的科研价值。综述了现有Ti6Al4V基复合材料的增材制造方法,包括选区激光熔融(selective laser melting,SLM)、激光定向能量沉积(laser directed energy deposition,LDED)、电子束熔融(electron beam melting,EBM)、丝材电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)和电子束自由成形(electron beam freeform fabrication,EBFF)法,总结了上述方法的技术原理和优缺点,以及以原位合成陶瓷增强相为主的Ti6Al4V基复合材料的适宜加工参数、显微形貌特征及力学性能特点,并展望了增材制造Ti6Al4V基复合材料领域的技术发展趋势。

Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的制备与性能研究

在现代材料科学领域,金属陶瓷复合材料因其独特的物理和化学性质,在航空航天、汽车制造、能源等领域得到了广泛的应用。其中,Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料以其高强度、低密度和优异的耐腐蚀性能而备受关注。文章以实验研究的方式探究Ti(C,N)基金属陶瓷复合氮化硼材料的制备工艺及其性能,以期为各个应用领域的进一步发展提供理论依据。

粉末冶金法制备TiB_(2)与Al基复合材料与性能研究

使用粉末冶金法制备了TiB_(2)/Al基复合材料,使用X射线衍射仪(XRD)对复合材料进行衍射图谱分析,确定复合材料的物相组织,复合材料晶界处为增强体TiB_(2)的主要分布位置,随着TiB_(2)质量分数的增加,团聚现象增多。探讨了TiB_(2)/Al基体的显微结构和机械性质的变化,并分析了TiB_(2)粒子的加入对TiB_(2)/Al基体的影响。实验发现,TiB_(2)/Al与TiB_(2)/Al的界面结合较好。在1 h的保温、610℃烧结、20%质量分数硼化钛的硬度最高,维氏硬度值为68.2 HV。此时的复合材料在TiB_(2)质量分数15%时的综合力学性能最好,抗拉强度为153.43 MPa,比纯铝提高了19.68%。

熔体内合成TiC颗粒增强Al基复合材料及其性能研究

在高温Al熔体内原位反应合成了Ti C颗粒进而制备了不同质量分数Ti C增强相的Al基复合材料。实验发现,原位生成的Ti C相与基体结合紧密,能有效细化基体组织。随着基体中Ti C含量增加,复合材料的致密性下降,但硬度增大,Ti C含量为10wt%时具有最佳硬度。摩擦测试表明:随Ti C增强颗粒的增加,复合材料磨损率减小,复合材料在10 N和25 N载荷下经30 m磨损行程,其磨损失重率仅分别为0.45%和0.67%,表明其具有优良的抗磨损性能。摩擦后复合材料表面产生了大量平行而明显的"犁削"痕迹,其摩擦机制主要为疲劳磨损。

TZP/TiC/Al_2O_3陶瓷复合材料在模具中的应用

采用ＴＺＰ相变和ＴｉＣ颗粒共同增韧Ａｌ２Ｏ３，使ＴＺＰ／ＴｉＣ／Ａｌ２Ｏ３复合材料的抗弯强度σｆ和断裂韧度ＫＩＣ分别达到１１０６ＭＰａ和１１．８６ＭＰａｍ１／２。探讨了复合材料在用作螺旋丝拉拔模具时的磨损和破损行为，研究了ＴＺＰ和ＴｉＣ对模具磨损和破损性能的影响。当ＴｉＣ含量一定时，随ＴＺＰ含量增加，模具的耐磨损和抗破损性能得到明显改善，可以认为应力诱发ＴＺＰ相变、裂纹偏转与桥联、残余应力等增韧机制为减磨和抗破损机制。

Al_2O_3/TiC/Mo/Ni微纳陶瓷复合材料的微观结构与性能

采用真空热压烧结技术制备了纳米TiC体积分数为3%~5%的Al2O3/TiC/Mo/Ni微纳陶瓷复合材料，并对其力学性能、相对密度、微观结构和三点弯曲断口形貌进行了研究。结果表明：微纳陶瓷复合材料中存在非典型的灰芯/白环结构；复合材料的断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合形式；添加的纳米粒子分布于Al2O3基体晶粒的内部与晶界，形成了晶内/晶界型结构，细化了晶粒，强化了晶界，提高了复合材料的强度和相对密度，其抗弯强度、断裂韧度、硬度和相对密度分别为970 MPa，5.5 MPa·m1/2，20.4 GPa和99.5%。

Ti_3Al含量对TiC/(Ti_3Al+ZrO_2)陶瓷复合材料晶粒生长及性能的影响

采用机械合金化和热压烧结制备了TiC/(Ti3A l+ZrO2)复合材料。研究了1550℃烧结温度下,不同Ti3A l含量(10、15、20、25%质量分数)对复合材料烧结及力学性能的影响。结果表明:随着Ti3A l含量的增加,烧结体致密化程度提高,抗弯强度和硬度相应提高,但当Ti3A l超过一定量时,强度、硬度又有所降低。

半固态TiC／7075Al基复合材料的制备

采用原位反应液相线铸造技术制备了TiC颗粒增强7075Al基复合材料。通过光学显微镜观察其显微组织,分析工艺参数对TiC颗粒合成过程的影响。结果表明,C和Ti的摩尔比为1.25,Al熔体温度达到950℃,浇注温度为650℃时,制备的复合材料未生成Al3Ti相,并能够获得较理想的等轴晶组织。

提高短切碳纤维对陶瓷基复合材料TiC-TiB_2强韧化的研究

对采用SHS/PHIP技术制备的Cf/TiC-TiB2陶瓷基复合材料中存在短切碳纤维损伤严重,补强增韧效果不明显的原因进行分析研究。研究发现:在B4C+3Ti+Cf体系的SHS反应过程中,由于反应温度太高,使短切碳纤维表面的碳原子与钛粉之间发生化学反应,造成短切碳纤维表面的化学损伤,影响短切碳纤维的性能,进而影响其补强增韧的效果。在SHS反应过程中,防止或减少短切碳纤维化学损伤的主要途径就是添加稀释剂来降低反应温度。在B4C+3Ti+xCf TiC+2TiB2+xCf体系中,通过向反应物中添加稀释剂镍可以有效地防止或减少短切碳纤维的化学损伤,改善各相之间的接触状况,提高各相之间的界面强度,提高短切碳纤维补强增韧的效果。

原位TiC颗粒增强7075Al基复合材料的制备及微观组织

采用原位反应近液相线铸造方法成功制备出4.4%(质量分数)TiC颗粒增强7075 Al基复合材料。对原位反应过程进行了热力学与动力学分析.通过XRD分析及SEM观察显示,原位生成的TiC颗粒与基体润湿良好,且弥散细小均布于7075基体中,晶界上无明显的偏聚.

原位TiC/7075Al基复合材料的界面结构特征

采用原位反应近液相线铸造方法制备含有少量原位TiC颗粒的7075铝基复合材料,通过透射电镜观察复合材料中的原位TiC颗粒的形貌,并研究原位TiC颗粒与7075Al基体之间的界面微观结构。结果表明,原位TiC颗粒尺寸分布于亚微米级,形貌呈近球形,在复合材料界面处7075Al基体与原位TiC颗粒具有Al(200)//TiC(200)、Al基体(216)∥TiC(111)的晶体学位向关系并形成共格界面,界面干净,无任何反应物,Al基体的(200)晶面优先沿原位TiC颗粒的(200)晶面生长,其(216)晶面优先沿原位TiC颗粒的(111)晶面生长。

Ti2AlC陶瓷弥散增强Al基复合材料的制备及剪切性能

采用自蔓延高温合成法制备高纯Ti 2AlC粉体材料,以CuSO 4·5H 2O为Cu源在Ti 2AlC粉体表面进行化学镀,并将镀铜后的陶瓷颗粒与Al粉进行混合,采用热压烧结法制备了Ti 2AlC陶瓷弥散增强Al基材料。结果表明,Ti 2AlC具有自催化效应,无需进行任何表面预处理,即可得到均匀稳定的纳米Cu镀层,增强相颗粒对金属基体起到了有效的钉扎作用;制备的Cu包覆Ti 2AlC陶瓷弥散增强Al基材料主相为Al、Ti 2AlC、Al 2Cu。Al 2Cu的存在可以很好地桥连Al基体与Ti 2AlC陶瓷颗粒,引入Cu镀层后复合材料的抗剪切性能提高了65.7%。

反应合成Ti_3Al/TiC+Al_2O_3复合材料烧结过程热力学分析

将高能球磨后的Ti-Al粉末和TiC,Al2O3粉末混合进行热压烧结,在烧结的过程中反应生成金属间化合物为增强相的复合材料。通过对粉料的X射线衍射分析、热分析(DSC)和烧结体的成分分析表明,最终的金属间化合物只有Ti3Al而没有其它金属间化合物相。通过热力学计算,分析了反应烧结过程并发现在低温由固相间原子扩散控制生成TiAl3,TiAl,Ti3Al的渐进过程,和在高温下金属间化合物的合成机理,而且增强相和基体界面间处于稳定状态。

原位自生成TiC/Ti基复合材料的高温氧化

利用热重分析(TGA)测量了原位生成的TiC/Ti-6Al复合材料在600,700和800℃下经连续20 h的氧化增重特性,利用SEM, EDS和XRD研究了复合材料经氧化试验后表面氧化层的结构,相组成及成分。结果表明,原位生成的Ti基复合材料在高温氧化时遵循抛物线规律在800℃时的氧化增重量远大于600℃和700℃时的,计算获得该复合材料的氧化激活能为255.7 kJ/mol。研究发现经20 h的600℃或700℃氧化形成的氧化物呈现不连续的岛屿状,主要成分为金红石型的TiO2,而在800℃氧化20 h后,氧化物是均匀连续的致密膜,由TiO2,Al2O3组成。该复合材料的氧化首先发生在TiC颗粒的表面上,而不是象均质Ti材料一样氧化在整个表面上均匀地发生。

镀TiC石墨纤维/Al基复合材料制备与性能研究综合实验设计

结合学科研究热点,设计了镀TiC石墨纤维/Al基复合材料制备与性能研究综合性实验。实验通过盐浴镀覆TiC对石墨纤维进行表面改性,在纤维表面形成均匀的TiC镀层,以改善石墨纤维与Al基体的界面结合状况,从而提高复合材料的各项性能。采用真空热压工艺制备石墨纤维/Al基复合材料,利用扫描电镜、X射线衍射仪、激光热物理性能仪、热膨胀仪、电子万能试验机等,对石墨纤维及其复合材料的显微组织结构、界面结合特性、热物理性能与抗弯强度进行检测和分析。实验能够加深学生对复合材料界面组织结构与性能之间关系的理解,并且有助于培养学生综合实践能力及科研创新意识。

原位生成TiC颗粒增强Ti基复合材料的显微组织

采用粉末冶金方法,通过Ti与Cr3C2反应原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等手段对其相组成和显微组织进行了研究。结果表明:通过Ti与Cr3C2反应能够原位生成TiC颗粒,生成的TiC颗粒呈多角状,粒度在几十纳米到50μm范围内;Cr3C2中的Cr固溶在Ti基体中,使基体由α+β两相合金转变成为亚稳态β型钛合金。