TiB_2-Cu基复合材料的燃烧合成研究

通过燃烧合成工艺制备了 Ti B2 - 4 0 % Cu (质量分数 )基复合材料 ,对复合材料的反应热力学、相组成以及微观组织进行了研究。热力学计算结果表明 Ti B2 是最稳定的相 ,中间相 Ti- Cu化合物最终转变为 Ti B2 相 ;XRD结果显示复合材料的相组成为 Ti B2 相和 Cu相 ,没有生成其他中间相 ;微观组织观察表明 ,合成产物组织致密 ,增强体 Ti B2陶瓷颗粒尺寸细小 ,形貌主要呈近等轴状和块状 ,Cu作为金属粘结剂将 Ti B2 陶瓷颗粒相互连接在一起 ,Cu的存在促进了燃烧合成过程中材料的致密化行为。 Cu的加入使 Ti B2 - Cu基复合材料的致密度、弯曲强度和断裂韧性较 Ti B2纯陶瓷均有大幅度提高 ,材料的韧化机制为裂纹尖端塑性钝化机制。

高强高导TiB_2-Cu基复合材料的研究现状及展望

TiB2-Cu基复合材料具有高强度、高导电性等优异性能,有着广泛的应用前景.重点介绍了高强高导TiB2-Cu基复合材料的制备方法,并对其发展趋势进行了展望.

Ni的添加对TiB_2-Cu基复合材料微观组织的影响

利用燃烧合成工艺原位合成了 Ti B2 - Cu基复合材料 ,为了改善 Ti B2 陶瓷和 Cu基体的润湿性 ,将金属 Ni作为合金化元素加入到 Ti B2 - Cu复合材料。通过 XRD,SEM,EPMA和 TEM等检测手段对金属 Ni的添加对 Ti B2 - Cu基复合材料微观组织的影响进行了研究。结果表明 ,含 Ni复合材料的金属粘结相的面间距比不含 Ni时 Cu的面间距均有不同程度的减小 ;Ni加入后 ,Ti B2 - Cu- Ni复合材料的组织较 Ti B2 - Cu复合材料更加致密 ,但陶瓷颗粒尺寸却大于Ti B2 - Cu复合材料的颗粒尺寸 ;Ni的加入降低了复合材料的导热率和冷却速度 ,使得部分 Ti B2 陶瓷颗粒有足够的时间长成棒状 ,同时造成 Ti B2 陶瓷颗粒间形成更多的烧结颈 ;Ni的加入也改善了陶瓷与金属粘结相之间的润湿性 ,使陶瓷相与金属粘结相的界面结合牢固 ,看不到 Ti B2 - Cu复合材料中界面脱开的现象。金属 Ni的添加有利于改善 Ti B2 -Cu基复合材料的微观组织 。

TiB_2-Cu基复合材料SHS工艺的正交优化

利用SHS技术制备了性能优良的TiB2 40 %Cu基复合材料。SHS工艺参数主要包括压坯相对密度、压坯轴向压力、预压力、延迟时间、高压压力、高温保压时间等 ,对这些参数和材料性能之间的关系进行了探讨。为了研究不同的延迟时间、高压压力和高温保压时间对材料致密度的影响 ,设计了一个三因素、三水平的正交试验。结果表明 ,TiB2 40 %Cu基复合材料的SHS最佳工艺参数为压坯相对密度为 5 9.0 %,压坯轴向压力为 1 3 5MPa,预压力为 1 8MPa ,延迟时间为 7s ,高压压力为 3 6 0MPa ,高温保压时间为 1 0s。

双连续TiB_2-Cu基发汗陶瓷复合材料抗烧蚀行为

用粉末烧结结合自发浸渗法制备高体积TiB2含量(～83%)的双连续TiB2/Cu基复合材料。利用扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析了试验材料烧蚀前后微观组织形貌。用等离子火炬电弧加热器对材料表面瞬时加热来考察复合材料的抗热冲击和抗烧蚀行为。结果表明:材料在电弧加热和冷却过程中没有出现崩裂现象,材料表面也没有裂纹产生,说明该材料具有良好的抗热冲击性能;微观组织分析表明,金属Cu相在材料烧蚀区-过渡区-基体区存在明显的梯度分布,靠近烧蚀区没有检测到金属相的存在,说明在高温下金属起到了“发汗冷却”作用,烧蚀机理为金属相的发汗冷却、化学烧蚀和机械剥蚀。

(TiB_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的热变形行为与组织演变

以放电等离子烧结(TiB_(2)+TiB)增强Ti_(2)AlNb基复合材料为初始材料,在Gleeble-3800热模拟实验机上开展了(TiB_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的热压缩变形实验,研究了变形温度1060~1150℃、应变速率0.05~5 s^(-1)范围内复合材料的热变形行为。通过对流变应力-应变数据分析,构建了复合材料在B2单相区内的本构方程,分析了不同Zener-Hollomon(Z)参数下复合材料的组织演变规律。结果表明:(Ti B_(2)+TiB)/Ti-22Al-25Nb复合材料的峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,压缩曲线存在不连续屈服现象。Z值对复合材料的组织演变和变形机制均有重要影响。当ln Z值处于较高水平(35.88)时,复合材料出现局部塑性流动变形失稳区,动态再结晶程度较低,再结晶晶粒平均尺寸为3.82μm,增强颗粒粒径平均尺寸为6.93μm。当ln Z值处于较低水平(29.11~31.28)时,复合材料心部区域均发生完全动态再结晶。随着Z值降低,当ln Z为29.11时,动态再结晶晶粒长大,其平均尺寸增至9.16μm,并且由于B元素扩散的加快,促进了烧结残余TiB_(2)颗粒向Ti B晶须(Ti Bw)转变,原位反应更加充分,增强颗粒平均尺寸减小至2.77μm,TiBw的团簇现象明显减弱。

原位TiB_2颗粒增强铝基复合材料及其力学性能

对原位反应合成TiB2/A356铝基复合材料微观组织和力学拉伸性能进行了研究。结果表明,原位反应生成的颗粒增强相在复合材料基体中分布均匀,基体与颗粒间的界面洁净。复合材料强度随着颗粒含量的增加显著提高,与基体合金相比,TiB2质量分数为8%的TiB2/A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为28%,TiB2质量分数为16%的TiB2/A356复合材料强度和弹性模量的提高幅度约为35%。复合材料的断裂主要是由于基体与颗粒界面脱粘,在拉伸应力作用下由此萌生微裂纹并扩展,导致界面处的基体撕裂,从而降低复合材料塑性。

碳纳米管-TiB_2陶瓷基复合材料的制备与性能研究

研究了用热压烧结(HP)方法制备TiB2-xwt％CNTs-5wt％Ni(x=0．1、0．3、0．5、1、4)复合材料的工艺条件、力学性能和微观结构．用XRD研究了其相组成,用SEM观察了复合材料的断口形貌和裂纹扩展．研究表明:碳纳米管的加入使复合材料的硬度、弯曲强度和断裂韧性得到明显的提高,并且在碳纳米管含量为0．5wt％左右时,复合材料的硬度达到20．5GPa,弯曲强度为496MPa,断裂韧性达7．25MPa．m1／2;断口形貌分析表明碳纳米管主要分布于TiB2颗粒的晶界处,复合材料的增韧机制主要是碳纳米管的拔出机制和桥联机制．

TiB_2-Cu复合材料热冲击损伤行为的数值模拟

利用等离子电弧加热器结合数值模拟,考察了燃烧合成制备的TiB2-Cu金属陶瓷复合材料热冲击损伤行为;通过热物理性能实验数据,模拟了材料在高温环境中非均匀热传输边界条件作用下瞬态温度场和热应力场的分布。结果表明:材料中心位置处于压应力,并且沿径向递减;当越过电弧加热区,压应力逐渐转变为拉应力,并且最大拉应力处于试样周边区域;在热冲击条件下的损伤行为是热裂纹产生于试样边缘,然后沿径向中心区域扩展;等离子电弧加热实验也证实了理论模型的合理性。

TiB_2颗粒增强铝基复合材料的研究进展

介绍了TiB2颗粒增强铝基复合材料的研究现状,重点介绍了几种主要制备工艺的研究状况及TiB2颗粒的含量、大小及在铝基体中的分布等对复合材料力学性能、耐磨性及热处理工艺的影响,并对其研究与应用的发展进行了展望。

原位内生颗粒增强TiB_2/7055铝基复合材料的组织

对原位内生Ti B2/7055铝基复合材料的微观组织和热处理特性进行了研究。结果表明,原位内生的Ti B2颗粒在基体中弥散分布,与基体界面结合良好。Ti B2/7055复合材料具有显著的时效强化行为,增强相Ti B2颗粒促进复合材料的时效析出行为,缩短硬度达到峰值的时间,热处理后硬度和抗拉强度等性能明显提高。确定了12 mass%Ti B2/7055复合材料最佳热处理制度为460℃固溶60 min,120℃时效20 h。

原位反应制备TiB_2颗粒增强Al-Si基复合材料的研究

采用Al-TiO2-KBF4-Na3AlF6为反应体系,通过热力学分析,用熔体直接反应法制备了TiB2/Al-18%Si复合材料,运用XRD、OM、EPMA、SEM和硬度仪等对该复合材料的物相、颗粒分布、显微组织及硬度进行了分析。结果表明:该复合材料主要由Al、Si和TiB2相组成;原位内生的TiB2颗粒细小(<1.0μm),并均匀弥散分布于Al-18%Si基体中;与基体合金相比,复合材料的硬度明显提高。

原位反应生成纳米TiB_2颗粒增强铝基复合材料的研究近况

综述了近年来原位反应生成TiB2/Al基复合材料的主要制备方法、反应机理、性能,以及提高TiB2颗粒分布均匀性的工艺,归纳了目前研究中存在的主要问题,并且指出了今后的研究方向。

7075-TiB_2原位铝基复合材料的腐蚀性能

采用动电位极化试验研究了7075-TiB2铝基复合材料的腐蚀行为。结果表明,该复合材料的腐蚀率与TiB2颗粒的比例成对应关系,而这主要与由原位TiB2颗粒引起的位错密度的增加有关。选择性点蚀具有晶粒间非对称的特点,主要归因于由TiB2颗粒与铝基体的热膨胀系数错配所致的局部位错密度不同。晶间腐蚀易于发生于大角度晶界,而特殊晶界和小角度晶界则表现出耐腐蚀性。晶内TiB2颗粒及其与铝基体的界面均无腐蚀发生。沿晶TiB2颗粒与晶界交汇的界面受晶间腐蚀的影响。

B的计算纯度对TiB_2-Cu复合材料的影响

用SHS工艺制备了TiB2-Cu复合材料,研究了B的4组计算纯度90%、92%、95%和100%对复合材料的相对密度、相组成、微观组织、弯曲强度和断裂韧性的影响.结果发现TiB2-Cu复合材料的综合性能在B计算纯度为92%时最好,而并非实际纯度90%.基于B与粉末中的杂质O反应生成B2O3而挥发掉的原理,得出产生这种结果的原因主要是:B的计算纯度越低,表明B的实际含量越高,但同时相应的杂质含量也越高,这样由于杂质的挥发而产生的孔隙也越高;一小部分Ti在高温下固溶于基体Cu中而消耗Ti,使B剩余,所以在计算配比时,B的计算纯度应大于实际纯度,但是考虑到两种原因的综合作用,应存在一个最佳的计算纯度.

原位TiB_2颗粒增强铝基复合材料形核机制及转变动力学

阐述了原位合成制备TiB_2颗粒增强铝基复合材料自生相的形核机制以及转变动力学,从热力学和动力学的一般角度来分析TiB_2的形成机制,依据扩散原理讨论TiB_2转变动力学、反应润湿及反应活化能。

燃烧合成TiB2-Cu陶瓷基复合材料的无损检测

对自蔓延燃烧合成(SHS)结合准等静压同时致密化技术制备的TiB2-40Cu-8Ni复合材料进行了无损检测研究.选用X射线照相法和X射线计算机断层扫描成像法(CT)作为无损检测手段,对TiB2-40Cu-8Ni复合材料样品进行了缺陷检测.2种方法的检测结果均显示被测材料中未发现宏观气孔和裂纹等缺陷,其主要缺陷形式为陶瓷分布不均匀,且缺陷呈现各种不规则形态.选取CT检测试样中具代表性缺陷的切片位置剖开,进行电子探针实验及剖面的能谱定量分析,其结果与CT检测结果相符.

低密度TiB2／铝基复合材料的显微组织与内耗性能

为了获得具有良好显微组织和内耗性能的TiB2增强铝基复合材料,采用K2TiF6和KBF4混合盐放热反应(LSM)法制备了TiB2/铝基复合材料,采用扫描电镜、光学显微镜和X射线衍射仪等对所制备的复合材料进行了表征,并对其内耗性能进行了研究。结果表明:采用LSM法制备的TiB2/铝基复合材料密度低于3.5 g.cm-3,原位生成的TiB2增强相细小且分布均匀,复合材料具备较好的内耗性能(内耗值为6.65×10-3左右),是一种低密度高内耗的复合材料。

铝电解阴极用TiB_2基复合材料的研究现状

TiB2 具有熔点高、导电率高、硬度大、耐熔融铝液和冰晶石熔体的侵蚀、能被铝液良好润湿等特点 ,是铝电解惰性阴极材料的首选。本文介绍了TiB2 涂层、TiB2 基复合材料的研究现状。

原位生成TiB_2增强B_4C基复合材料设计与反应热力学研究

本文采用原位生成法设计了SiC TiB2 B4C和Al2 O3 TiB2 B4C两种新型多元颗粒增强B4C复合材料。根据原位反应生成TiB2 增强相的组织设计思路 ,通过计算反应生成焓ΔH和自由能ΔG的热力学数据 ,证明了原位反应制备所设计材料的可行性。经研究原位反应过程 ,发现原位反应经过若干不稳定中间相的过程 ,最终形成预期设计的多元增强相成分。