FFC法制备钛硅合金的研究

论文摘要

钛及其合金具有质量轻、比强度高、耐蚀性强、抗氧化性好等优点,目前主要应用于航空、汽车、船舶、医疗、化工、建筑、体育及日常生活等方面。但现行Kroll法生产钛的工艺存在工序复杂、不能连续化生产等缺点,致使钛的成本居高不下,极大的限制了钛的广泛应用。剑桥大学提出的FFC法,具有生产流程短、成本低、无污染等优点,被认为是最有希望取代Kroll法的钛生产工艺。而FFC法在合金制备方面更有优势,可以由混合金属氧化物一步制备出钛合金。钛硅合金具有较好的高温稳定性、较高的高温强度和良好的抗氧化能力,可作为高温结构材料；同时由于其低电阻和高温稳定性,在集成电路接触和互连技术中发挥了重要的作用。本课题采用FFC法,由TiO2和Si02混合物来制备钛硅合金。实验过程主要包括阴极制备和电解两个部分。阴极制备流程包括如下步骤：均匀混合TiO2、SiO2粉末；添加1%（质量比）的聚乙烯醇作为粘结剂；20 MPa压力下压制成形；1200℃下烧结4h；烧结后的片体和钼丝、镍硅丝组装成复合阴极。适宜的电解条件为：以烧结的TiO2-SiO2片体为阴极,石墨坩埚为阳极,电解温度900℃、电解电压3.0 V。电解10 h制得了钛硅合金,经过XRD分析其成分为TiSi2和Si,同时发现钛硅的合金化反应经历了下面几个阶段：Ti5Si3→Ti5Si3+TiSi2→TiSi2→TiSi2+Si。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛资源的分布
• 1.3 世界钛工业的分布格局及发展状况
• 1.4 中国钛工业的分布格局和发展状况
• 1.5 合金元素对钛合金性能的影响
• 1.6 金属钛生产工艺发展状况
• 1.6.1 镁热还原法
• 1.6.2 钠热还原法
• 1.6.3 预成型还原（Preform Reduction Process,PRP）法
• 4电解法'>1.6.4 传统TiCl₄电解法
• 1.7 FFC法
• 1.7.1 FFC法的提出及其基本工艺
• 1.7.2 FFC法的改进
• 1.7.3 FFC法的机理及其脱氧过程
• 1.7.4 FFC法的应用范围
• 1.7.5 FFC法的特点
• 1.7.6 FFC法工业化探索
• 1.7.7 FFC法面临的问题
• 1.8 本课题研究的内容和意义
• 第2章 实验过程
• 2.1 熔盐体系的选择
• 2.2 电解电压的确定
• 2.3 主要试剂、仪器及设备
• 2.4 实验过程
• 2.4.1 阴极制备
• 2.4.2 实验准备
• 2.4.3 预电解及电解
• 2.4.4 电解产物处理与检测
• 第3章 实验结果与讨论
• 3.1 阴极制备工艺对电极性能的影响
• 3.1.1 添加剂的影响
• 3.1.2 成形压力的影响
• 3.1.3 电极组装方式的影响
• 3.2 预电解对实验结果的影响
• 3.3 电解时间对产物组成的影响
• 3.4 电解电流-时间曲线
• 3.5 中间物
• 3.6 探讨反应历程
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢