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Al-(Ti,TiO_2,ZrO_2)-C体系的反应机理及其材料的熔体原位反应合成

王振卿

  本文利用差示扫描量热仪(DSC)、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)等测试手段,对Al-(Ti,TiO_2,ZrO_2)-C体系的反应机理进行了详尽的分析,在此基础上通过一种低成本熔体原位反应合成工艺制备了上述反应体系的中间合金细化剂和铝基复合材料。碳很难直接加入铝液,这是长期以来在用Al-X-C(X=Ti、Zr等)体系制备含有碳化物颗粒的中间合金细化剂和铝基复合材料的研究中一直困扰人们的一个难题。为研究多元体系的反应和材料制备问题,本文首先分析了最简单的Al-C二元系。DSC和热力学分析表明,在保证两种物质充分接触的条件下,该二元系在Al熔化前就可发生化学反应生成Al_4C_3。Al-X-C体系材料制备的关键在于如何将碳加入铝或铝合金液参与相关化学反应。通过对铝和石墨的混合粉末进行球磨和压块,然后在DSC中加热并结合动力学分析,表明石墨颗粒尺寸和温度对Al-C反应有重要的影响:颗粒尺寸愈小,反应温度愈高则反应速率愈大,反应完成所需要的时间愈短。将粒度为600目的石墨粉直接加入纯铝或Al-Mg熔体成功制备出了Al-C和Al-Mg-C合金。将充分球磨的Al-Ti-C三元粉末在DSC中进行加热,Al含量充足时,会在熔化后同时与Ti和C反应分别生成TiAl_3和Al_4C_3,在835-890℃的温度范围内,这两种生成物在铝基体中继续反应生成TiC。当Al含量不足时,Al全部与Ti反应生成TiAl_3,然后在1100℃左右TiAl_3继续与单质C反应生成TiC。通过将Al-Al_4C_3和Al-Ti两种合金在液态混合进行反应的分析,进一步证实了Al_4C_3与TiAl_3反应生成TiC的过程是在830-890℃范围内完成的,同时还发现在TiC的生成过程中还伴有Ti_3AlC_x(x为未知数)化合物的生成。TiAl_3在铝液中参与反应前先溶解,然后以溶质Ti的形式扩散到固体Al_4C_3……   
[关键词]:Al-Ti-C中间合金;颗粒强化铝基复合材料;反应机理;熔体原位反应合成;碳化物
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:山东大学2005年