TiN_(0.3)/AlN复合烧结界面扩散现象

为研究TiN_(0.3)/AlN复合烧结体中两相界面区域的N原子的扩散现象,通过机械合金化方法制备出非化学计量比TiN_(0.3),采用放电等离子体烧结技术分层及复合烧结TiN_(0.3)/AlN复合材料,采用金相、XRD、SEM、EDS及TEM等分析表征TiN_(0.3)/AlN复合材料的物相组成、元素分布和组织形貌。结果表明:AlN中的N通过空位扩散机制向TiN_(0.3)中扩散,其扩散程度逐渐减弱;与AlN接触的TiN_(0.3)部分由于吸收了来自AlN中的N使成分接近正常比例的TiN,而远离界面处的部分则接近TiN_(0.3)的成分;在两相结合区域有宽度在1 nm以下的非晶层,其电子衍射斑点出现纵向伸长,产生共格,说明六方结构的AlN晶格向TiN晶格畸变,形成面心立方结构的TiN_(0.3)/AlN。

反应烧结法制备(AlN,TiN)-Al_2O_3复合材料的研究

以Ti,Al,Al2O3为初始粉料,通过750～800℃氮气保护下的中温焙烧,然后在1420～1550℃在氮气氛下反应烧结,制备了不同配比的(AlN,TiN)-Al2O3复合材料。研究了组成及烧结工艺对复合材料力学性能、显微结构等的影响。用XRD,SEM等方法分析粉体及烧结体的相组成及微观结构。分析结果表明:AlN,TiN的形成,有助于材料的致密化并使其力学性能提高。组成为20wt%(Al,Ti)-Al2O3的粉体在1520℃、30MPa、保温、保压30min热压烧结条件下,与N2气反应可得到硬度(HRA)为94.1的高硬度的(AlN,TiN)-Al2O3复合材料,该材料的抗弯强度为687MPa,断裂韧性(KIC)为6.5MPa·m1/2。

高强度TiN-AlN_p/Al-Si复合材料的制备

提出一种新型的熔体搅拌铸造工艺 ,解决了Al Si合金对 10 μm级以下高体积分数TiN ,AlN陶瓷的非真空无压浸润问题 ,并在此基础上成功制备了高强度低成本的TiN AlNp/Al Si复合材料。研究表明 ,细小TiN ,AlN颗粒在铝熔体中已经实现了润湿 ,平均尺寸在 2～ 3μm ,基本呈均匀分布 ,与基体结合良好。当TiN ,AlN的含量为10 % (体积分数 )时 ,复合材料的抗拉强度为 335MPa ,屈服强度为 2 40MPa ,延伸率为 2 .4%。

配料组成和氮气流量对高钛渣合成TiN/β′-sialon粉体的影响

在热力学分析的基础上,以高钛渣为主要原料,采用碳热还原氮化法合成了TiN/β′-sialon导电陶瓷粉体。利用XRD、SEM和EDS检测手段研究了氮气流量、TiO2加入量、配碳量对合成过程的影响,并对最佳工艺参数下的合成粉体进行了表征分析。结果表明:TiO2加入量、氮气流量对合成产物影响显著,基体相β′-sialon与功能相TiN的比例可通过TiO2加入量调节,1400℃、恒温2h、氮气流量400ml/min、等理论值配碳为最佳的工艺参数。此时,产物中主要相组成为β′-sialon和TiN及少量的15R和Al2O3,β′-sialon晶粒多呈长柱状,TiN为细小粒状。

反应等离子喷涂TiN/AlN涂层的性能研究

TiN涂层可以通过传统的物理或者化学气相沉积(PVD及CVD)工艺制备,但其缺点是沉积速率低,涂层厚度过薄;这些都严重地限制了TiN涂层材料在磨、蚀服役条件下的应用。本文利用反应等离子喷涂的方法制备了TiN/AlN涂层并研究分析了涂层的组织及摩擦磨损性能。结果表明:TiN/AlN涂层韧性比TiN涂层有所提高;TiN/AlN涂层不仅有较低的摩擦系数,且在高载下的磨损性能比TiN涂层有较大的提高。

氮化物陶瓷颗粒增强铜基复合材料的干摩擦磨损性能研究

采用粉末冶金工艺制备了纯铜以及A lNp/Cu和T iNp/Cu系列铜基复合材料,研究了2种复合材料在不同颗粒含量、不同载荷及滑动速度等条件下与45#钢对摩时的干摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌,用能谱仪分析了磨损表面的元素组成.结果表明:与纯铜相比,A lNp/Cu及T iNp/Cu复合材料的耐磨性能显著提高,随着氮化物颗粒含量增加,2种复合材料的磨损率先下降而后趋于稳定;载荷与滑动速度提高引起的热效应使得纯铜及其复合材料的磨损率增高;由于T iNp的硬度高于A lNp以及本身具有一定的自润滑性能,使得T iNp/Cu复合材料的耐磨减摩性能优于A lNp/Cu复合材料.

TiN/AlN复合材料的等离子烧结

采用等离子技术,在1600℃的温度和50 MPa的压力、不同保温时间的条件下实现TiN/AlN纳米复合粉的快速烧结。随着保温时间的延长,材料致密性有所改善,在保温15 min后获得最大密度,HRA=93,ρ=4.346 g/cm^3;随后由于颗粒的长大密度有所下降。XRD分析主相为TiN,局部温度过高导致氮缺位,晶格常数增大,衍射峰较烧结前略有左偏;次相为AlN,但由于在烧结过程中存在应力,其衍射峰较烧结前略有右偏,同时在烧结过程中有轻微氧化现象生成AlON相。用SEM分析了试样断口形貌,主要呈现沿晶断裂。

块体Ti_2AlN/TiN复合材料的制备

在合成Ti2Al N配比的基础上原位引入15%体积含量的Ti N,在原位热压(HP)和放电等离子(SPS)两种烧结工艺条件下合成了块体Ti2Al N/Ti N复合材料。通过X射线衍射(XRD)分析烧结产物的相组成,用扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)结合能谱仪(EDS)研究材料的显微结构特征。原位热压工艺合成Ti2Al N/Ti N复合材料的最佳温度为1 300℃,烧结试样的密度为4.30 g/cm3,达到理论密度的96.2%;放电等离子烧结工艺合成Ti2Al N/Ti N复合材料的最佳温度为1 200℃,烧结试样的密度为4.23 g/cm3,达到理论密度的94.7%。Ti2Al N和Ti N相均有团聚现象,Ti2Al N为片状形貌,晶粒发育完善,具有明显的层状结构特征;Ti N为尺寸1～2μm的四方小颗粒。

纳秒准分子激光合成制备TiN/AlN多层复合膜研究

采用纳秒准分子激光在单晶硅试样表面制备了调制周期为50nm、调制比为2的TiN/AlN多层复合膜,并研究了N2分压对多层膜微结构和硬度的影响。结果表明,在低N2分压下薄膜表面颗粒相对较小,颗粒之间的空隙也不明显;随着N2分压的升高,薄膜表面颗粒明显粗化,且直径变大高度增高,颗粒之间孔隙变大。X射线衍射(XRD)研究表明,N2分压的增大可以在一定程度上促进AlN(002)相的形成,但抑制了TiN(111)的形成。X射线光电子能谱(XPS)研究显示,薄膜中N、Al、Ti元素有多种键合形式存在,并在界面形成TixAl1-xN复合。纳米硬度测量发现,N2分压的增大有利于薄膜硬度的提高,且薄膜硬度明显依赖于晶粒的尺寸分布和相结构。这一结果说明,纳秒准分子激光沉积制备TiN/AlN的过程中,通过控制N2分压调控激光等离子羽中粒子的运输能量不仅得到了预期的多层复合相结构,同时也调控了晶粒的尺寸分布。

Ti对SiCp/Al等离子弧焊焊缝组织的影响

对铝基复合材料进行等离子弧焊接,高温下基体A l与增强相S iC之间发生有害界面反应,生成脆性相A l4C3,严重降低焊接接头的力学性能.采用钛合金作为填充材料,对S iCp/6061A l进行原位合金化焊接,并将离子气由单一的Ar气变为以一定比例混合的N2+Ar的混合气体,着重研究了合金化填充材料Ti对焊缝显微组织的影响.研究结果表明:合金化填充材料Ti的添加改善了基体与增强相间的润湿性,在一定程度上抑制了基体A l与增强相S iC之间界面反应的发生,抑制了脆性相A l4C3的生成,并获得以TiN、A lN为二次增强相均匀分布的焊缝显微组织,保证了焊接接头的力学性能.