TiC-TiB_2准共晶复合陶瓷的微观结构与凝固行为

采用超重力下燃烧合成技术,制备出TiC-40%TiB2准共晶复合陶瓷。XRD、SEM与EDS结果表明,复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上的共晶组织构成。超重力下的燃烧化学将获得纯净的Ti-W-Cr-C-B合金液,并随即发生凝固反应。TiC在凝固过程中率先形核,TiB2依附于TiC形核析出,二者以合作方式生长,但是由于TiC较TiB2具有更快的生长速率,从而形成TiC包覆TiB2片晶的准共晶组织。

TiC-TiB_2复合陶瓷制备与研究动态

TiC-TiB2复合陶瓷因具有高硬度、高断裂韧性及优异的耐磨性,目前已成为工程陶瓷的研究热点。但是TiC-TiB2复合陶瓷的难制备及难以致密,又使其应用受到极大限制。作者介绍了目前国内外TiC-TiB2复合陶瓷制备方法、显微结构与合成机理,特别提到了本课题组采用超重力下燃烧合成技术,制备出大尺寸、高致密性的TiC-TiB2共晶复合陶瓷,陶瓷硬度达到28.6GPa,而陶瓷的高硬度则认为是细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上——这一独特共晶凝固组织所致。

TiC-TiB_2复合陶瓷制备的研究进展

通过介绍国内外TiC-TiB2复合陶瓷的制备方法、显微结构与合成机理,并结合超重力下燃烧合成TiC-TiB2复合陶瓷的显微结构与合成机理,探讨了各种制备方法的特点及对TiC-TiB2复合陶瓷致密化的影响,并指出自蔓延高温合成因其成本低,现已成为制备该类复合陶瓷主要的、最具前景的关键技术,同时为促进陶瓷致密、细化组织并提高组织均匀性,该材料的发展方向应着重于采用自蔓延高温合成制备TiC-TiB2共晶系陶瓷。

Al_2O_3/YAG共晶自生复合陶瓷的激光熔凝实验研究

开展了Al_2O_3/YAG共晶自生复合陶瓷的激光熔凝制备技术的实验研究,研究结果表明:(1)激光扫描速率与功率密度的匹配对激光熔凝实验起着决定性的作用。调整工艺参数,可以获得表面光滑、平整、致密的熔凝层,且无宏观孔隙及裂纹。随扫描速率的增大,熔凝层变薄;(2)激光熔凝Al_2O_3/YAG共晶自生复合陶瓷由Al_2O_3相和YAG相两相组成,具有典型的快凝层状共晶组织,共晶间距非常细小。

Al_2O_3/ZrO_2(Y_2O_3)共晶复合陶瓷晶体生长机理

基于国外定向凝固氧化物/氧化物共晶复合陶瓷的晶体生长动力学行为的研究成果,阐述其动力学机制,分析动力学因素对微观结构形态的影响,探讨晶体生长热力学、动力学行为与微观结构形态之间的关系,同时结合以燃烧合成、快速凝固技术制备的新型高强韧Al2O3/ZrO2(Y2O3)共晶复合陶瓷,探讨共晶复合陶瓷在快速凝固条件下的晶体生长动力学行为。结合定向凝固与快速凝固两种晶体生长机制,得知过冷度、凝固界面前沿的温度梯度是影响晶体生长方式的重要因素,且受二者决定的凝固速率(即晶体生长速率)则决定材料的最终微观结构与形态。

Cr对超重力场燃烧合成TiC-TiB_2复合陶瓷凝固行为的影响

采用超重力场燃烧合成技术,以Ti+B4C为主反应体系,同时辅以不同含量的CrO3+Al增强体系,制备出不同Cr含量的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,所得TiC-TiB2复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶、TiC球晶构成,富Cr金属相多与TiB2片晶交织在一起。随着CrO3+Al含量增加,体系绝热温度升高,TiC-TiB2复合陶瓷中富Cr金属相体积分数逐渐增加。分析认为,超重力场下燃烧反应完成后,得到Ti-Cr-C-B合金液相,在冷却凝固过程中,TiC率先形核析出,TiB2随后析出,Cr及少量未反应Ti最后析出,并对TiB2片晶形成的骨架结构进行补缩,从而提高了TiC-TiB2复合陶瓷的致密性。

超声振动砂带磨削TiC-TiB_2复合陶瓷的效率研究

本文采用超声振动砂带磨削的方法对超重力下燃烧合成的TiC-TiB2复合陶瓷进行磨削试验,寻求提高效率的途径和方法。通过与超声砂轮磨削和普通砂带磨削的对比试验,研究砂带种类、粒度及磨削工艺参数对磨削效率的影响规律,得出当磨削深度0.04 mm,砂带线速度15.2 m/s,工件进给速度1 000mm/min,金刚石砂带粒度60时,材料标准切除率较高。

TiC-TiB_2复合陶瓷制备及性能研究

TiC-TiB2复合陶瓷因具有高硬度、高断裂韧性及优异的耐磨性,目前已成为工程陶瓷的研究热点。但是TiC-TiB2复合陶瓷的难以制备与难于致密,又使其应用受到极大限制。本文介绍了国内外TiC-TiB2复合陶瓷合成与制备方法、显微组织与力学性能等,特别提到了军械工程学院先进材料研究所采用超重力下燃烧合成技术,制备出大尺寸、高致密性的TiC-TiB2共晶复合陶瓷,从而为以后的更广泛应用提供了支持。

TiC-TiB_2复合陶瓷制备与性能

相比于TiC、TiB2单相陶瓷,TiC-TiB2复合陶瓷因具有高硬度、高断裂韧性及优异的耐磨性,目前已成为工程陶瓷的研究热点。本文基于对目前国内外TiC-TiB2复合陶瓷制备方法与力学性能的介绍,分析了反应物成分,反应物颗粒尺寸,压坯密度等因素对力学性能的影响,并且结合超重力下燃烧合成技术制备大尺寸、高致密、高硬度TiC-TiB2近共晶成分复合陶瓷研究结果,指出燃烧合成及其衍生技术现已成为制备TiC-TiB2复合陶瓷的研究热点,并且为获得高致密的细晶材料,TiC-TiB2复合陶瓷发展趋势在于共晶系复合陶瓷。

(Ni,C_f)/(TiC-TiB_2)陶瓷基复合材料SHS/PHIP工艺的正交优化

在利用SHS/PHIP技术制备(Ni,Cf)/(TiC-TiB2)陶瓷基复合材料过程中,对预制坯相对密度、预压力、延迟时间、致密化压力、保压时间等基本工艺参数以及镍和碳纤维的含量与材料性能之间的关系进行了分析,从而确定了影响该材料性能的主要因素为致密化压力、镍含量和碳纤维含量,并为此设计了一个三因素三水平的正交试验。结果表明:在质量为120 g的试样中,当碳纤维的含量为3%、镍含量为15%(均为质量分数),预制坯相对密度为61%左右、延迟时间为16 s、致密化压力为300 MPa、保压时间为6 s时,该材料的性能最优,其室温弯曲强度σb=488.27MPa,断裂韧性KIC=12.90 MPa.m1/2。

超声砂带磨削TiC-TiB_2复合陶瓷表面质量试验研究

任何机械加工方法都不能获得理想表面,而要实现工件高精度、低表面粗糙度值、低残余应力、低硬化层的表面高质量要求,这是现代磨削技术的重要发展趋势。通过超声砂带磨削与普通砂带磨削的对比试验,研究分析了砂带粒度、磨削深度、砂带线速度、工件进给速度等加工工艺参数对工件表面质量的影响。实验结果表明:采用细粒度的金刚石砂带以及合理的磨削工艺参数可以降低工件表面粗糙度和减少磨削裂纹,这在生产中具有重要的实际意义。

TiC-TiB_2复合陶瓷的自蔓延高温合成

依据热力学理论计算了Ti和B4C反应的绝热温度为3230K,说明该反应放出大量的热,反应能够自发维持.采用自蔓延高温合成与同时致密化工艺(SHS/PHIP)制备了TiC-TiB2复合陶瓷,XRD及SEM分析表明,合成的产物纯净、无中间相出现,而且由于TiC-TiB2复合陶瓷组织中长条形状TiBz相的存在,使得该材料的力学性能相对较高.

TiC-TiB_2复合陶瓷磨削裂纹的试验研究

本文基于压痕断裂力学,分析了TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的特征,并对TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的形成及扩展过程进行了研究。磨削实验发现:TiC-TiB2陶瓷磨削裂纹密度较大,为穿晶裂纹和沿晶裂纹的混合形式;裂纹易在陶瓷内部缺陷处形成,并因陶瓷显微组织不均匀性而发生钉扎、偏转、分叉及桥接,使得材料中裂纹的扩展呈现不连续性;TiB2硬质相会对裂纹的扩展有一定的阻碍作用。

大尺寸Al_2O_3/ZrO_2(4Y)共晶复合陶瓷板制备与结构转化

通过在燃烧合成过程中引入超重力,可以制备出大尺寸、低缺陷的Al2O3/ZrO2(4Y)共晶复合陶瓷板。XRD表明,超重力并不改变陶瓷的物相组成,其基体均由α-Al2O3、t-ZrO2与m-ZrO2组成;SEM分析显示,随着超重力的增大,镶嵌有t-ZrO2纤维的共晶团发生胞状组织向棒状组织的转化,且共晶团体积分数与长径比逐渐增大;力学性能测试表明,复合陶瓷相对密度、硬度与断裂韧度随超重力增大而增大,至225g(重力加速度)时均达到最高值,分别为97.8%、18.7GPa与15.6MPa.m1/2;并且,陶瓷的高断裂韧度是因棒状共晶团的裂纹偏转与桥接增韧及处于共晶团边界上的t-ZrO2微米球晶的相变增韧与微裂纹增韧机制所致。

Al_2O_3/ZrO_2(3Y)快速凝固共晶复合陶瓷显微结构、裂纹桥接与增韧

通过在铝热剂中添加适量的ZrO(23Y)粉末,借助燃烧合成及远离平衡态下的快速凝固方式,制备出Al2O3/ZrO2(3Y)共晶复合陶瓷。XRD,SEM与EPMA分析得出,陶瓷基体是由t-ZrO2纳微米纤维镶嵌于其上、长径比为10.0～14.0且呈随机生长的氧化铝棒晶及少量的α-Al2O3片晶构成。结合裂纹扩展路径与棒晶内部结构,可认为因共晶凝固所形成的、存在于蓝宝石棒晶上的高密度异相界面及因共晶两相热膨胀失配所诱发的高残余压应力,蓝宝石棒晶得以强化,因而陶瓷的主要增韧机制来自因蓝宝石棒晶裂纹桥接所产生的内部弹性应变能释放及因高能、大角度晶界解离所诱发的能量消耗,并伴随着因片晶摩擦互锁效应所造成的能量耗散过程。

绝热燃烧温度对TiC-TiB_2复合陶瓷物相及组织的影响

以B4C粉、Ti粉、CrO3粉以及Al粉为原料,采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS结果表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由片状的TiB2晶粒构成,同时在TiB2基体间还分布着少量不规则的TiC,(Ti,Cr,Al)C1-x及Al2O3残余夹杂物。随着绝热燃烧温度的升高,Al2O3的含量先减少后增加,(Ti,Cr,Al)C1-x的含量逐渐增加,TiB2与TiC的含量基本不变。

定向凝固结构功能一体化氧化铝基共晶复合陶瓷研究进展

航空航天、电子信息、生物医学等高新技术的飞速发展对先进陶瓷材料的性能提出了更高的要求。具有单一特性的结构或功能材料已无法满足当前的需求,因此发展结构功能一体化高性能复合陶瓷已成为世界各国竞相竞争的目标。定向凝固氧化物共晶复合陶瓷是近年来发展的一类用于超高温氧化环境中长期服役的结构功能一体化复合材料。该类材料具有高熔点,低密度,优异的高温强度、高温蠕变性能等特性,同时兼具光学、电磁学、生物学等功能特性。本文综述了以Al_(2)O_(3)基材料体系为代表的定向凝固结构功能一体化共晶陶瓷的发展现状,总结出定向凝固共晶陶瓷的制备方法、技术原理和生长特点。重点阐述系列Al_(2)O_(3)基共晶陶瓷的凝固微观组织与结构特征,分析复合陶瓷的力学、光学、磁学和生物特性等性能及影响因素,并介绍其特点优势和应用范围。最后,总结定向凝固结构功能一体化共晶复合陶瓷在工程应用方面所面临的挑战和关键瓶颈,提出了共晶复合陶瓷材料在成形技术创新、综合性能提升、新体系开发等方面发展的主要方向。

Al_2O_3/YSZ共晶复合陶瓷的残余应力及其对力学性能的影响

在国外对定向凝固Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷残余应力研究基础之上,阐述复合陶瓷内部残余应力的产生、影响因素及其对材料力学性能的影响,并且结合以燃烧合成、快速凝固技术开发出的新型高强韧Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷,深入探讨残余应力与材料强韧化本质之间的联系。分析得出材料内部残余应力的状态与大小受ZrO2马氏体相变、材料成分及ZrO2相空间分布、大小与形态控制。经合理控制的、分布于Al2O3基体上的残余压应力不仅是定向凝固共晶复合陶瓷强韧化的重要因素之一,更是使燃烧合成/快速凝固共晶复合陶瓷脆性补强体(Al2O3棒晶)得以强化,并通过裂纹桥接、棒晶拔出以实现材料韧化的关键。

绝热燃烧温度对TiC-TiB_2复合陶瓷力学性能的影响

以B4C粉、Ti粉、CrO3粉以及Al粉为原料,采用超重力下自挤压辅助燃烧合成技术,以快速凝固方式制备出不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷。力学性能测试表明,不同绝热燃烧温度的TiC-TiB2复合陶瓷的相对密度均达到了96%以上,当绝热燃烧温度分别为3 500℃和3 600℃时,陶瓷的维式硬度和断裂韧性分别达到最高的18.4 GPa和14.7MPa.m-0.5。

(TiC-TiB2)-Ni复合陶瓷的高温摩擦磨损性能

为了进一步优化复合陶瓷的制备工艺,以采用高温自蔓延合成法(SHS)制备的(TiC-TiB2)-30%Ni复合陶瓷材料作为研究对象,研究其在不同温度、载荷和摩擦速度下的摩擦系数和磨损率。采用光电分析天平对磨损前后试样进行称重,采用扫描电子显微镜(SEM)对磨损形貌进行观察。结果表明:在磨损温度、摩擦载荷和速度较低时,摩擦系数较高,此时的磨损机制主要为磨粒磨损;随着温度、载荷和速度的升高,磨损表面生成氧化膜,此时磨损机制变化为氧化磨损,摩擦系数降低;磨损率随温度的升高呈现降低的趋势,但随着载荷和速度的增加,磨损率也随之增大。