<ji>In Situ</i>Synthesis of Titanium Matrix Composite (Ti-TiB-TiC) through Sintering of TiH₂-B₄C

Fully densified in-situ reinforced (TiB + TiC)-Ti matrix composites have been produced from TiH2-B4C mixtures using pressure less sintering or hot pressing technique. With increasing content of reinforcing components the sintering is retarded. The materials with more than 20 - 30 vol. % were only completely densified by hot pressing technique. Hardness values of the Ti matrix composites produced are up to 5 times higher than that of the sintered pure Ti produced from TiH2. This is caused beside the higher hardness of the inclusions also by hardening the matrix due to solubility of B and C in the titanium.

无压烧结碳化硅防弹陶瓷材料研究进展

随着国际形势不断变化,各国冲突加剧,国防力量的提升是保证国家稳定发展的必要条件,防弹装甲是其中的关键一环。无压烧结碳化硅陶瓷由于制备工艺简单,具有低密度、高硬度、高强度等特性,被广泛应用于防弹装甲领域,其硬度和断裂韧性的高低直接决定防弹性能的优劣。促进烧结致密化以及多相复合烧结等方式是提高无压烧结碳化硅陶瓷硬度和断裂韧性的关键。本文针对无压烧结碳化硅防弹陶瓷材料的烧结助剂、增韧方式、陶瓷装甲的复合形式等方面,总结了近年来无压烧结碳化硅防弹陶瓷材料的研究进展。

氧化铝／碳化钛复合材料的无压烧结

以γ－Ａｌ２Ｏ３、活性碳、刚玉砂和石墨粉为埋粉，在由液ＮＨ３分解产生的Ｎ２和Ｈ２气氛中，采用无压烧结方法制备了氧化铝／碳化钛复合材料．研究了埋粉成分、升温速度等对烧结性能的影响．实验结果表明，无压烧结产品在显微结构和机械性能上与热压产品比较没有明显的差异．

Al_2O_3-TiC复合陶瓷的研究进展

介绍了目前制备Al_2O_3-TiC复合陶瓷的各种方法及研究进展,对自蔓延高温合成法及无压烧结法作了重点评述。

Al_2O_3/Cr_3C_2/(W,Ti)C陶瓷材料的力学性能及微观结构

用热压烧结工艺在1 700 ℃,28 MPa保温保压30 min 及N2 气氛条件下,制备了添加不同含量Cr3C2和(W, Ti) C颗粒的Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C复合陶瓷材料。对复合陶瓷的力学性能进行测试。用环境扫描电镜、透射电镜和能谱分析仪对复合陶瓷的显微结构进行观察。结果表明:与纯Al2O3相比,70Al2O3/10Cr3C2/20(W,Ti)C复合陶瓷材料的显微组织更均匀细化,具有良好的综合力学性能,其断裂韧性自纯Al2O3 陶瓷的4.0 MPa·m1/2提高到8.92 MPa·m1/2。分析发现:其内部位错机制、纳米颗粒的淀析、裂纹扩展路径偏转、沿晶断裂、韧窝及解理撕裂等是材料断裂韧性提高的主要原因。

常压烧结制备Al_2O_3/TiCN复合陶瓷材料

采用常压烧结的方法制备Al_2O_3/TiCN复合陶瓷,研究了试样成分、烧结温度对试样相对密度、抗弯强度、断裂韧性、Vickers硬度等力学性能的影响。结果表明:采用Al_2O_3+TiCN作为埋粉、氩气保护、在烧结温度低于1650℃,保温时间为1h时,烧结试样的相对密度最高为98.0％,其抗弯强度、断裂韧性、及硬度分别达到最大值,为851 MPa,5.94 MPa·m^(1/2),21.12 MPa。显微结构分析表明:TiCN颗粒弥散在Al_2O_3晶界处,晶粒细小,多在1 μm左右,分布均匀,TiCN与Al_2O_3颗粒相互交织在一起,抑制晶粒生长,从而起到了增韧补强作用,有利于材料力学性能的提高。从压痕裂纹尖端的扩展的扫描电镜照片可以看出:基体与增强相多个晶粒构成的裂纹桥联行为;而有的则在其初始或(和)末端与其他次主裂纹相互作用,形成裂纹偏转、分支与桥联的共存区,主要起作用的是TiCN颗粒弥散增韧机制,它将纯Al_2O_3陶瓷的断裂韧度从3.59 MPa·m^(1/2)提高到5.94 MPa·m^(1/2)。

纳米SiC-Al_2O_3/TiC多相陶瓷复合材料显微结构的研究

考察了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料的断裂方式 .由于纳米SiC的加入 ,材料以穿晶断裂为主 .通过透射电镜观察 ,研究了纳米陶瓷复合材料中纳米SiC的分布 ,证明所制备的材料主要为晶内型纳米复合陶瓷 .在纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,少量纳米SiC位于基体晶粒间 ,大多数纳米SiC位于基体晶粒内 ,而且纳米SiC的加入细化了基体的晶粒 .通过高分辨透射电镜观察 ,研究了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,纳米SiC与基体间界面结合状态 ,发现在两颗粒间的晶界几乎没有玻璃相 ,证明纳米陶瓷复合材料中晶界得到了加强 ,有利于材料力学性能的提高 .另外研究了裂纹在材料中的扩展行为 ,结果表明 。

Al_2O_3－AlN－TiC复合陶瓷的制备与微观结构

用反应烧结和气氛烧结技术制备Ａｌ＿２Ｏ＿３－ＡｌＮ－ＴｉＣ复合陶瓷，用ＸＲＤ，ＳＥＭ等测试手段进行了微观结构的研究，结果表明，用该技术制备的复相陶瓷含有纳米级的ＡｌＮ晶粒，从而使得在较低的烧结温度下可以制得比较致密的Ａｌ＿２Ｏ＿３－ＡｌＮ－ＴｉＣ复合陶瓷。

放电等离子合成Ti3AlC2／TiB2复合材料的研究

采用放电等离子烧结工艺成功地制备了Ti3AlC2/TiB2复合材料。研究表明:在1 250℃,30 MPa压力和保温8 min下烧结,可以得到相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料性能,Ti3AlC2/TiB2复合材料Vickers硬度随TiB2掺量的增加而增大,最大可达到10.4 GPa;当TiB2体积含量为10%时,复合材料的最大的抗弯强度为696 MPa,断裂韧性为6.6 MPa.m1/2。

一种制备Ni/Al_2O_3复合陶瓷的新方法

借助异相成核技术 ,在镍粒子表面包覆氢氧化铝 ,经烧结制备得到了Ni Al2 O3复合粒子。以所得复合粒子为原料 ,采用凝胶注模成型工艺和在石墨保护下的无压烧结过程 ,得到了致密复合陶瓷 (相对密度 >95 % )。实验表明 :可以将有机凝胶铸模成型用于陶瓷 金属复合材料的制备 ,更进一步地避免了成本较高的热压烧结技术。

TiN、AlN弥散相强韧化Al_2O_3基复合材料的工艺研究

在N2 保护下 ,采用反应烧结制得TiN、AlN弥散相强韧化Al2 O3基复合材料。用SEM和X射线衍射法分析了试样的成分分布和显微结构 ,发现用该技术制备的复合陶瓷材料中 ,含有纳微米混合分布的AlN晶粒。通过测试试样的密度和各项力学性能 ,可以看出TiN、AlN弥散相强韧化Al2 O3基复合材料有较为明显的效果。本文重点分析了制备工艺和成分配比对复合材料性能的影响。

TiN,AlN/Al_2O_3复合陶瓷材料的研究

综述了TiN/Al2O3,AlN/Al2O3以及(TiN,AlN)/Al2O3复合材料的研究现状。并指出颗粒增韧是复相陶瓷材料增韧最简单的方式之一,其中纳米复合、纳微米复合、多相复合是实现颗粒增韧的有效途径。在复相陶瓷的制备中,原位反应烧结是很有希望的技术,可以直接在基体中生成弥散分布的超细第二相颗粒,而使复合材料的性能大幅度提高。

Al_2O_3/TiC复合陶瓷拉丝模材料的摩擦磨损性能

采用热压法制备出Al_2O_3/TiC复合陶瓷材料,该材料具有良好的综合力学性能,抗弯强度为850MPa,断裂韧性为4.9MPa·m1/2。由高速环块磨损试验机对其摩擦磨损行为及其磨损机理作了试验研究。用扫描电镜观察了磨损表面形貌。结果表明:Al_2O_3/TiC复合陶瓷拉丝模材料磨损率随试验转速升高而下降,但压力变化对磨损率的影响不大。Al_2O_3/TiC复合陶瓷拉丝模材料磨损机理主要是脆性脱落和犁沟,具有良好的耐磨性。是制备拉丝模的优良材料。

放电等离子制备Ti_3AlC_2/TiB_2复合材料及性能

采用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)工艺制备了Ti3AlC2/TiB2复合材料,并研究了复合材料的性能。研究表明:在1250℃,30MPa烧结8min,可以获得相对密度达98%以上的致密Ti3AlC2/TiB2块体材料;在Ti3AlC2中添加TiB2能大幅度提高材料性能,当TiB2含量为30%(体积分数,下同)时,Ti3AlC2/30%TiB2复合材料的Vickers硬度达到10.39GPa,电导率为3.7×106S/m;当TiB2含量为10%时,抗弯强度为696MPa,断裂韧性为6.6MPa.m1/2。用电子显微镜对复合材料的显微结构分析表明:Ti3AlC2/TiB2复合材料的晶粒为层状结构。

埋炭热处理时Al_2O_3-SiC-TiO_2-C浇注料的物相演变

为了探明可否通过原位反应在Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料中合成碳氮化钛，在Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料常规配方中直接加入6％质量分数的TiO，制备了Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料，结合1100-1500℃下埋炭热处理后浇注料的物相组成分析结果及热力学计算，研究了Al2O3-SiC-TiO2-C浇注料的物相演变过程。结果表明：在热处理温度为1100℃时，体系内的主要变化为锐钛矿向金红石的转变过程；加热至1200℃后，体系内的单质硅则可以完全与碳反应生成SiC；当温度升至1300℃时，体系内的金红石TiO2开始被还原而转变为Ti3O5，同时铝酸钙水泥的主要组分CaO、Al2O3与SiO2之间也开始相互反应生成钙铝石榴石相；温度升高至1400℃后，莫来石相开始生成，同时Ti3O5继续被还原并氮化转变为碳氮化钛；1500℃时，已经不再有新相生成，但莫来石和碳氮化钛的量明显增多，且晶格发育更加完善。

碳化硼-硼化钛复合陶瓷的制备

研究了TiB2、TiC、Ti三种添加剂对超细B4C粉末的无压烧结(2200℃×1h)密度的影响。结果表明,加入Ti粉末对B4C的烧结没有产生明显的影响,最高密度不超过86%理论密度;而TiB2对B4C的烧结致密化有明显的促进作用,当TiB2含量达到50%时,复合陶瓷的烧结密度达到92%理论密度;TiC对B4C的烧结致密化影响比较复杂,过少或过多时均不能获得最高的烧结密度,当TiC含量为30%时,密度达到最高值(94.5%理论密度)。B4C-TiC反应烧结陶瓷由B4C、TiB2、C三相组成。

热压烧结法制备碳化钛/氧化铝复合材料

把TiC颗粒和金属Al以AlTiC中间合金的形式引入Al2O3陶瓷中,用过渡液相热压烧结法制备了TiC/Al2O3复合材料,并对其微观结构与力学性能进行了研究。结果表明:在1450℃,30MPa条件下,热压烧结制备的TiC/Al2O3复合材料中TiC与Al2O3能稳定共存,材料的断裂韧性和Vickers硬度均有明显提高。材料的Vickers硬度平均超过23.5GPa,断裂韧性超过8.7MPa·m1/2,密度低于纯Al2O3的。由于添加相AlTiC和Al2O3的成本均较低,因而找到了一种低成本制造高性能TiC/Al2O3复合材料的方法。

TiC－Al_2O_3复合材料的自蔓延高温合成和致密化

以ＴｉＯ＿２，Ａｌ和Ｃ三种粉末为原料，采用自蔓延高温合成和加压的方法制备了ＴｉＣ－Ａｌ＿２Ｏ＿３复合材料。在１ＧＰａ压力下，可使样品达到理论密度的９５％。对未反应样品燃烧前在真空状态下预热脱气，则密度可达９８％。为避免样品开裂，必须控制冷却速度。对合成产品进行了Ｘ射线分析，表明从ＴｉＯ＿２，Ａｌ，和Ｃ三种粉末原料制备密实的ＴｉＣ－Ａｌ＿２Ｏ＿３复合材料是可能的。

纳米TiN改性Al_2O_3-TiC复合陶瓷的力学性能

通过添加粒径为50～80nm的TiN，改善了Al_2O_3-TiC复合陶瓷的力学性能。以15％(质量分数，下同)的TiN取代15％TiC，制备了纳来TiN改性Al_2O_3-TiC复合陶瓷。结果表明：70％Al_2O_3-15％TiC-15％TiN复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别为618 MPa和7.12 MPa·m^(1／2)，比70％Al_2O_3-30％TiC的性能(567 MPa和4.96 MPa·m_(1／2))明显提高，特别是断裂韧性提高了64％。纳米TiN改性Al_2O_3-TiC复合陶瓷韧性的提高主要是由于材料致密度的提高和晶粒的细化所致，它的增韧方式为微裂纹、裂纹桥接和偏转。

无压烧结Al_2O_3/ZrSiO_4复相陶瓷的研究

以A1_2O_3颗粒为增强体,MgO-Y_2O_3为烧结助剂,采用无压烧结方法,在组分优化的基础上,制备的锆英石基复相陶瓷室温抗弯强度和断裂韧性分别可达371 MPa和3.4 MPa·m^(1/2);采用XRD、SEM分析样品的相组成和显微结构,结果显示:确定ZrSiO_4为主要晶相,另外还有少量Al_2O_3和ZrO_2的存在;确定复相陶瓷的强韧化是由Al_2O_3颗粒引发的裂纹偏转、微裂纹增韧和由ZrSiO_4分解而来的ZrO_2相变增韧共同作用而实现的,断裂方式主要为穿晶断裂。