Al-C-Ti系粉末材料激光点火自蔓延烧结及产物的研究

论文摘要

本文采用激光点火自蔓延烧结合成的方法对Al-C-Ti体系进行了深入的研究,并在此基础上成功地制备了Al/TiC复合材料。通过测温和XRD物相分析研究了铝含量、C/Ti原子比、激光功率、相对密度和粉末粒度对反应温度、反应产物相组成以及产物的致密化的影响规律。结果表明:铝含量、C/Ti原子比、激光功率、相对密度以及Ti和C的颗粒度对体系SHS产物的反应行为、致密化效果和微观结构有很大影响,而Al粉粒度几乎没有影响。采用溶液热力学基础理论和热力学第一定律,对Al-C-Ti三元体系反应生成TiC、Al3Ti和Al4C3的自由能和反应绝热温度进行了理论分析和计算。结果表明:随着体系中Al含量的增加,Tad总体上呈下降趋势,生成TiC的难度增加。采用燃烧波前锋淬熄法深入而细致地考察了Al-C-Ti体系压坯激光点火自蔓延烧结合成时的反应动力学行为和组织演变,提出了对产物相形成起重要作用的固溶沉淀机理,并在此基础上建立了宏观动力学图。探讨了第三相合金组元（Sn、Ni、Cu）对Al-C-Ti体系压坯激光点火自蔓延烧结合成产物致密性行为和微观结构的影响。结果表明:第三相合金元素的加入不仅提高了产物的致密性,而且显著地改变了产物的形貌。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自蔓延高温合成技术（SHS）的研究进展
• 1.2.1 自蔓延的概念及特点
• 1.2.2 自蔓延高温合成的研究现状
• 1.2.3 自蔓延高温合成热力学基础
• 1.2.4 自蔓延高温合成的动力学基础
• 1.2.5 自蔓延高温合成机理
• 1.2.6 自蔓延高温合成技术（SHS）的主要影响因素
• 1.2.7 自蔓延高温合成体系的致密化及控制
• 1.3 激光诱导自蔓延高温合成的研究进展
• 1.4 Al-C-Ti 系自蔓延高温合成的研究进展
• 1.4.1 国外的研究状况
• 1.4.2 国内的研究状况
• 1.5 选题意义与研究内容
• 第二章 实验过程及方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验用原料粉末及性能
• 2.1.2 实验材料配方及编号
• 2.2 实验研究方法及技术路线
• 2.3 实验设备及方法
• 2.3.1 实验设备
• 2.3.2 燃烧合成温度测试
• 2.3.3 淬熄实验
• 2.4 金相试样的制备
• 2.5 样品表征
• 2.5.1 X 射线衍射分析
• 2.5.2 扫描电镜和能谱分析
• 2.6 密度的检测
• 第三章 Al-C-Ti 体系LISHS 的反应烧结行为与微观结构及致密性研究
• 3.1 引言
• 3.2 LISHS 反应烧结行为
• 3.2.1 现象
• 3.2.2 温度-时间（T-t）历程
• 3.3 LISHS 产物的微观结构
• 3.3.1 Al 含量对Al-C-Ti 体系微观结构的影响
• 3.3.2 C/Ti 原子比对Al-C-Ti 体系微观结构的影响
• 3.3.3 工艺参数对Al-C-Ti 体系微观结构的影响
• 3.3.4 粉末粒度对对Al-C-Ti 体系微观结构的影响
• 3.4 LISHS 产物的致密化行为
• 3.4.1 Al 含量对Al-C-Ti 体系合成产物致密性的影响
• 3.4.2 C/Ti 原子比对Al-C-Ti 体系合成产物致密性的影响
• 3.4.3 工艺参数对Al-C-Ti 体系合成产物致密性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 Al-C-Ti 体系LISHS 反应热力学和晶格常数分析
• 4.1 引言
• 4.2 Al-C-Ti 体系热力学分析
• 4.2.1 Al-C-Ti 体系绝热温度的理论计算
• 4.2.2 Al-C-Ti 体系中化合物生成自由焓变的理论计算
• 4.3 Al-C-Ti 体系中化合物晶格常数计算
• 4.4 Al-C-Ti 体系一维平均波速的计算
• 4.4.1 反应物的导温系数的计算
• 4.4.2 放热强度的计算
• 4.4.3 计算结果
• 4.5 本章小节
• 第五章 Al-C-Ti 体系LISHS 反应合成产物的物相分析和结构形成过程
• 5.1 引言
• 5.2 燃烧合成产物的物相组成和结构形成过程
• 5.2.1 XRD 物相分析
• 5.2.2 Al/TiC 复合材料的结构形成过程
• 5.2.3 体系反应生成的宏观动力学模型
• 5.3 本章小节
• 第六章 第三相元素对Al-C-Ti 体系LISHS 致密性和微观结构的影响
• 6.1 引言
• 6.2 Sn 元素对Al-C-Ti 体系的影响
• 6.3 Ni 元素对Al-C-Ti 体系的影响
• 6.4 Cu 元素对Al-C-Ti 体系的影响
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文和其他成果
• 摘要
• Abstract
• 致谢