自蔓延高溫合成NiAl-TiC復(fù)合材料.pdf

1、本文采用自蔓延高溫合成工藝，利用Ni—Al—Ti—C體系的放熱反應(yīng)，成功制備了NiAl—TiC顆粒增強(qiáng)原位自生復(fù)合材料，并且對(duì)Ni—Al—Ti—C體系反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)、SHS工藝、組織等三個(gè)方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對(duì)Ni—Al—Ti—C體系反應(yīng)生成的NiAl和TiC的焓變、自由能及絕熱溫度進(jìn)行了理論計(jì)算和分析。熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明：反應(yīng)中首先生成NiAl金屬間化合物，然后生成TiC，最終產(chǎn)物只有NiAl和

2、TiC。通XRD分析對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析吻合較好。 基于動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行XRD和SEM的分析以及結(jié)合差熱分析，研究了Ni—Al—Ti—C體系燃燒反應(yīng)的微觀過(guò)程，發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)過(guò)程遵循熱力學(xué)上的最佳路徑，即隨著燃燒波的蔓延，Ni和Al反應(yīng)首先生成NiAl金屬間化合物，隨著反應(yīng)溫度的升高，使得Ti和C反應(yīng)生成TiC陶瓷顆粒。在Ni—Al—Ti—C體系中高溫NiAl液相的獲得有助于增大反應(yīng)面積，促進(jìn)質(zhì)量和能量

3、的快速輸運(yùn)，這正是Ni—Al—Ti—C體系高速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。而液相產(chǎn)物的存在時(shí)間則是影響SHS工藝合成產(chǎn)物最終組織和致密度的關(guān)鍵。 工藝參數(shù)對(duì)NiAl—TiC金屬陶瓷的燃燒合成過(guò)程有著重要的影響，通過(guò)研究工藝參數(shù)的改變對(duì)材料組織等的影響，得到了NiAl—TiC金屬陶瓷優(yōu)化的工藝參數(shù)，這些工藝參數(shù)包括：反應(yīng)物配比、反應(yīng)物粒度、壓坯密度及尺寸大小和預(yù)熱溫度與加熱速度。結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)確定了反應(yīng)體系預(yù)制塊的最佳反應(yīng)物配比為含20％左右