高纯度Ti3Al粉末的制备研究

论文摘要

本论文以商业化的Ti、Al粉末为原料,对比研究了利用直接烧结法和机械球磨-反应烧结法制备较纯的Ti3Al粉末。探讨了制备该粉末的较佳摩尔比例和适当的烧结温度；研究了该金属间化合物在机械球磨过程中的细化处理及结构演变,并初步研究了在烧结过程中添加稀释剂对制备Ti3AI粉末的影响。利用XRD、SEM等检测手段,对实验过程中的粉末及制备出的T3Al粉末的成分及形貌进行观察分析。结果表明：当Ti、Al原料粉末的摩尔比为3.5：1时,利用直接烧结法在1100℃烧结温度时保温3h时制备的产物是较纯的Ti3Al粉末,只有极微弱的杂峰,而其他的配比都会有较强的杂峰出现。而采用机械球磨-反应烧结法制备的Ti3Al粉末小杂峰较多。在球磨过程中,主要是粉末的细化及粉末间的相互扩散,反应活性的提高,没有新相生成,球磨后经900℃～1000℃烧结温度烧结得到相对较纯的Ti3Al粉末。采用激光粒度分析仪测得的球磨后烧结的样品的颗粒尺寸与SEM测得的颗粒大小基本一致,都处在1100微米左右。将制备的Ti3Al粉末经过机械合金化处理,采用不同的球料比,分别在不同的时间取料,结果表明,随着球磨时间的增加,Ti3Al粉末的颗粒尺寸减小,峰强逐渐减弱,该合金存在逐渐由晶体向非晶转变的趋势,且可能有非晶生成。在其他条件相同的情况下,两种不同的球料比对球磨结果的影响不大,但在相同的球磨时间内,球料比越大,其得到的产物的晶粒尺寸相对越小,且晶粒尺寸大小处在纳米级。在原料中加入不同比例的稀释剂再进行烧结,将烧结产物经XRD分析,结果发现,适量的稀释剂的加入,使得产物的晶粒尺寸减小,且随着稀释剂含量的增加,制备的Ti3Al的平均晶粒尺寸总体上呈下降趋势。这是由于稀释剂的添加,增加了反应物之间的扩散距离,降低了反应速度,从而使样品在烧结过程中晶粒长大困难。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 Ti-Al金属间化合物的基本结构及特性
• 1.2 Ti-Al金属间化合物的应用
• 1.3 Ti-Al金属间化合物的制备方法
• 1.3.1 机械合金化法
• 1.3.2 放电等离子烧结法
• 1.3.3 高温自蔓延合成法
• 1.3.4 反应烧结法
• 1.3.5 预合金粉末法
• 1.3.6 其他几种方法
• 1.4 机械合金化概述
• 1.4.1 机械合金化的机理
• 1.4.2 机械球磨作用及特征
• 1.4.3 影响机械合金化的主要因素
• 1.4.4 机械合金化技术的应用
• 1.5 课题研究的内容、目的及意义
• 1.6 课题研究的技术路线
• 2 实验设备与分析技术
• 2.1 实验所需的设备
• 2.1.1 管式烧结炉
• 2.1.2 行星球磨机
• 2.2 实验分析技术
• 2.2.1 X射线衍射分析
• 2.2.2 扫描电子显微分析
• 2.2.3 微粒尺寸分析
• 3Al粉末的制备'>3 较纯的Ti₃Al粉末的制备
• 3.1 实验所需原料
• 3Al粉末'>3.2 直接烧结法制备较纯的Ti₃Al粉末
• 3.2.1 实验原料的差热分析
• 3.2.2 直接烧结工艺
• 3.2.3 直接烧结样品的XRD及SEM分析
• 3Al粉末'>3.3 机械球磨—反应烧结制备较纯的Ti₃Al粉末
• 3.3.1 球磨工艺
• 3.3.2 对球磨粉末的XRD分析
• 3.3.3 球磨后粉末的反应烧结研究
• 3.4 本章小结
• 3Al粉末的细化处理'>4 Ti₃Al粉末的细化处理
• 4.1 直接烧结反应产物的球磨细化
• 3Al粉末的影响'>4.2 稀释剂的加入对合成Ti₃Al粉末的影响
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历及硕士期间发表的论文