论文题目: 机械活化原位烧结制备Ti-Al-Al2O3纳米材料
论文类型: 博士论文
论文专业: 流体机械及工程
作者: 王志伟
导师: 施雨湘
关键词: 机械活化,原位烧结,金属间化合物,纳米材料
文献来源: 武汉大学
发表年度: 2005
论文摘要: 金属间化合物以其独特的低密度、高强度、高熔点和优良的抗蠕变、抗氧化和抗燃烧等富有吸引力的综合性能,受到国内外材料研究者的高度关注。其中,Ti-Al系金属间化合物是更具有发展前景的高温结构材料,广泛应用在航空、航天、汽车等领域。而目前制备的Ti-Al金属间化合物大多存在晶粒粗大、室温塑性低、加工性能差的缺点。Ti-Al会属间化合物的晶粒度主要由它的制备方法和工艺决定的,如果选用一种好的方法再配合适当的工艺,就可以制备得到晶粒细小、性能优良的Ti-Al金属间化合物。 本课题来源于湖北省“十五”重点攻关项目“电脉冲成形加工块状纳米材料及其器件”（项目编号2001AA101B02）,主要采用新型的机械活化-脉冲电流烧结（Mechanical Activation-Pulse Current Sintering,简称MA-PCS）和机械活化-放电等离子烧结（Mechanical Activation-Spark Plasma Sintering,简称MA-SPS）工艺,利用原位合成技术,成形加工Ti-Al基金属间化合物。 两种加工方法都是采用机械球磨制备纳米粉体。在行星式球磨机中,用微米级的Ti粉、Al粉和纳米级的Al2O3混合球磨,快速得到纳米级的Ti-Al-Al2O3混合细化粉体。通过研究球磨中的反应过程和基本机理得知,添加相Al2O3作用明显。通过添加Al2O3作为过程控制剂,采用机械球磨得到纳米级的活化粉体,使粉体在机械活化（MA）的同时细化品粒。Al2O3在机械球磨Ti、Al粉体的过程中,主要有促进粉末的纳米化过程、促进机械活化过程、保持原料粉末的单质状态、提高球磨出粉率等作用。 采用Ti-Al-Al2O3的混合球磨方式,可以得到纳米级的粉术,为后续的烧结过程提供优良的粉体原料。通过X射线衍射分析、扫描电镜结合能谱分析和透射电镜分析等研究,在本实验条件下,Al2O3在机械球磨Ti、Al粉体的过程中,主要有以下作用:（1） Al2O3促进粉末的纳米化过程,加速粉体的细化。在本实验条件下,球磨20小时就可以将Ti、Al的平均晶粒度细化到25-35nm,纳米化的效率很高。（2） Al2O3促进机械活化过程,保持原料粉术的单质状态,成为储存大量活化能的元素粉体。在本实验条件下,添加5wt%Al2O3就可以使Ti、Al在细化至纳米粉末的同时不生成新的金属间化合物,对单质元素粉末之间的反应有抑制作用。同时,细化至纳米级的粉末由于颗粒显著减小,比表面积大幅度增加,使得纳米粉末表面储存了大量表面活化能,这种活化能没有转变为球磨合金化的反应动力而消耗,而是直至在后续烧结过程中,与烧结的外力（温度、电流、压力等）起作为烧结反应的驱动力。从这个角度说,Al2O3起到过程控制剂的作用。因此,Al2O3的机械活化（MA）作用的影响是深远的,这也是本实验的色特之一。（3）Al2O3提高球磨出粉率,使球磨效率大幅度提高,有于助提高球磨产量。在本实验条件下,加入5wt%Al2O3可以使出粉率提高至98%以上。 在未加入无水乙醇的情况下球磨的出粉率仍然很高,而且Ti、Al在保持单质状态下达到纳米级粉末,分析认为是添加的Al2O3起到细化晶粒促进纳米化、抑制
论文目录:
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题意义
1.2 Ti-Al系金属间化合物简介
1.3 TiAl合金的研究进展
1.4 研究内容、技术路线和创新点
2 机械活化-脉冲电流烧结制备Ti-Al-Al_2O_3块状纳米材料
2.1 实验方法
2.2 MA-PCS材料合成制备工艺过程
3 球磨过程的讨论
3.1 Al_2O_3对球磨的影响
3.2 机械活化粉体SEM及EDXA分析
3.3 机械活化粉体X射线衍射分析
3.4 小结
4 脉冲电流烧结(PCS)的讨论
4.1 预压后硬度测试
4.2 烧结条件
4.3 烧结温度曲线分析
4.4 烧结后的硬度
4.5 金相分析
4.6 烧结后SEM分析
4.7 烧结后试样XRD结果
4.8 反应模型的探讨
4.9 小结
5 机械活化-放电等离子烧结制备Ti-Al-Al_2O_3块状纳米材料
5.1 实验方法
5.2 TiAl-Al_2O_3系MA-SPS的原料制备
5.3 球磨粉体的XRD
5.4 球磨粉体的TEM
5.5 DTA分析
5.6 粉体压制特性
5.7 小结
6 放电等离子烧结(SPS)过程的讨论
6.1 TAA的SPS实验
6.2 TAA密度的正交分析
6.3 TAB的SPS实验
6.4 TAA和TAB硬度的方差分析
6.5 金相分析
6.6 XRD分析
6.7 烧结试样的SEM
6.8 SPS制备TiAl合金的反应机理模型
6.9 小结
7 Ti-Al-Al_2O_3试样的高温氧化性能和力学性能
7.1 高温氧化性能
7.2 弯曲及拉伸实验
7.3 断口SEM分析
7.4 小结
8 结论
致谢
参考文献
附录
发布时间: 2006-03-27
参考文献
- [1].二氧化锡纳米材料的低温液相法合成及其光催化性能研究[D]. 王晶.西北工业大学2017
- [2].超重力技术构建有机小分子纳米材料及其性能研究[D]. 吴凯.北京化工大学2018
- [3].二维过渡金属硫族化合物纳米材料在生物医学中的应用[D]. 刘腾.苏州大学2017
- [4].ZnO纳米材料的表面修饰及其光电化学性能研究[D]. 张云龙.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)2018
- [5].铋基光热纳米材料的制备与肿瘤多模式成像和热化疗研究[D]. 李正林.哈尔滨工业大学2018
- [6].新型功能化二维二硫化钼纳米材料的制备及其在蛋白质组中的应用研究[D]. 夏朝双.西北大学2018
- [7].基于九种纳米材料的电化学传感研究[D]. 杨子印.西北大学2018
- [8].光学纳米材料的制备与miRNA传感研究[D]. 王丹晨.南京大学2012
- [9].全无机卤素钙钛矿纳米材料的制备，光学性质及应用探索[D]. 李晓明.南京航空航天大学2017
- [10].纳米材料对细胞染色质结构和组蛋白修饰的影响研究[D]. 高飞.武汉大学2016
相关论文
- [1].Ni-Al、Ti-Al系金属间化合物合成与成形的电脉冲效应研究[D]. 胡建华.武汉理工大学2003
- [2].TiAl基合金的组织超塑性研究[D]. 张俊红.中南大学2003
- [3].固液反应球磨工艺及其原理研究[D]. 陈鼎.中南大学2003
- [4].超细晶粒Ti（C，N）基金属陶瓷的研究[D]. 丰平.华中科技大学2004
- [5].铁铝金属间化合物—四方氧化锆陶瓷基复合材料的研究[D]. 李嘉.山东大学2003
- [6].Fe-Al金属间化合物基摩擦材料制备与摩擦磨损机制研究[D]. 马洪涛.山东大学2005
- [7].铜基减摩耐磨复合材料的制备与性能研究[D]. 冉旭.吉林大学2005
- [8].放电等离子烧结高强度铝合金的组织与性能[D]. 徐成宇.吉林大学2005
- [9].Ti-Al-C系/TiB2复合材料的制备及性能研究[D]. 周卫兵.武汉理工大学2006
- [10].原位反应合成Al2O3（P、W）/Ti-Al复合材料的研究[D]. 王芬.西安理工大学2007