Ti-C-N2體系自蔓延高溫合成Ti(C,N)的反應(yīng)機(jī)理及電子結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、本文采用自蔓延高溫合成工藝，研究了Ti-C-N2體系合成過程的反應(yīng)機(jī)理和Ti/C比、壓坯相對密度以及稀釋劑含量對合成產(chǎn)物相組成和微觀結(jié)構(gòu)的影響，其次又通過第一性原理的計(jì)算方法研究了不同x值Ti(C1-xNx)材料的力學(xué)性能和電子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。
　　(1)通過對Ti-C-N2體系的自蔓延高溫合成反應(yīng)過程的觀察，發(fā)現(xiàn)試樣被激光引燃后燃燒波迅速蔓延至底部，期間伴隨著劇烈發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象。試樣燒結(jié)完后比較松脆，從斷口可以看到試樣內(nèi)部有較多孔

2、隙。
　　(2)研究表明，工藝參數(shù)對Ti(C1-xNx)材料的合成具有重要影響。隨著Ti/C比的減小，產(chǎn)物Ti(C1-xNx)中碳含量增加，氮含量相應(yīng)減少。Ti/C比過小會導(dǎo)致過多的游離碳，而Ti/C比過大則會使產(chǎn)物產(chǎn)生微觀裂紋。試樣的壓坯相對密度過小，會使試樣燃燒過程中產(chǎn)生飛崩、炸裂現(xiàn)象，壓坯相對密度太大，則會阻礙反應(yīng)的氮化程度。在反應(yīng)原料中加入適量的稀釋劑TiN，有利于增大產(chǎn)物的氮化程度。Ti/C比在O.3mol～O.7mol

3、之間，壓坯相對密度為50％，添加20％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀釋劑TiN制備的Ti(C1-xNx)材料性能較好。
　　(3)通過燃燒波前沿淬熄法深入地研究了Ti-C-N2體系的微觀反應(yīng)機(jī)制，反應(yīng)可劃分為如下幾個(gè)階段:初始階段試樣被點(diǎn)燃后，體系放出的熱量使得Ti粉熔化，熔融的鈦液包裹在C顆粒表面，形成含碳的鈦固溶體;反應(yīng)中間階段，N2通過擴(kuò)散到達(dá)固溶體表面和內(nèi)部，與鈦發(fā)生反應(yīng)生成TiN0.26等非平衡相;反應(yīng)結(jié)束階段，最終生成的中間相與含碳的鈦

4、固溶體反應(yīng)生成Ti(C1-xNx)顆粒。
　　(4)通過第一性原理的方法對不同x值Ti(C1-xNx)材料的力學(xué)性能以及電子結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了研究計(jì)算，結(jié)果表明:隨x值增大Ti(C1-xNx)的穩(wěn)定性越來越好;在Ti(C1-xNx)當(dāng)中，隨著x值增大(0＜x＜1)，Ti(C1-xNx)晶體的體積模量B、剪切模量G、楊氏模量E在降低;且五相均為脆性相，TiC0.5N0.5的塑性最好;由態(tài)密度分析可知Ti(C1-xNx)呈金屬性，均導(dǎo)電，且