论文题目: Al-（Ti，TiO2，ZrO2）-C体系的反应机理及其材料的熔体原位反应合成
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 王振卿
导师: 刘相法
关键词: 中间合金,颗粒强化铝基复合材料,反应机理,熔体原位反应合成,碳化物
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文利用差示扫描量热仪（DSC）、电子探针显微分析仪（EPMA）、X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、透射电镜（TEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）等测试手段,对Al-（Ti,TiO2,ZrO2）-C体系的反应机理进行了详尽的分析,在此基础上通过一种低成本熔体原位反应合成工艺制备了上述反应体系的中间合金细化剂和铝基复合材料。 碳很难直接加入铝液,这是长期以来在用Al-X-C（X=Ti、Zr等）体系制备含有碳化物颗粒的中间合金细化剂和铝基复合材料的研究中一直困扰人们的一个难题。为研究多元体系的反应和材料制备问题,本文首先分析了最简单的Al-C二元系。DSC和热力学分析表明,在保证两种物质充分接触的条件下,该二元系在Al熔化前就可发生化学反应生成Al4C3。Al-X-C体系材料制备的关键在于如何将碳加入铝或铝合金液参与相关化学反应。通过对铝和石墨的混合粉末进行球磨和压块,然后在DSC中加热并结合动力学分析,表明石墨颗粒尺寸和温度对Al-C反应有重要的影响:颗粒尺寸愈小,反应温度愈高则反应速率愈大,反应完成所需要的时间愈短。将粒度为600目的石墨粉直接加入纯铝或Al-Mg熔体成功制备出了Al-C和Al-Mg-C合金。 将充分球磨的Al-Ti-C三元粉末在DSC中进行加热,Al含量充足时,会在熔化后同时与Ti和C反应分别生成TiAl3和Al4C3,在835-890℃的温度范围内,这两种生成物在铝基体中继续反应生成TiC。当Al含量不足时,Al全部与Ti反应生成TiAl3,然后在1100℃左右TiAl3继续与单质C反应生成TiC。通过将Al-Al4C3和Al-Ti两种合金在液态混合进行反应的分析,进一步证实了Al4C3与TiAl3反应生成TiC的过程是在830-890℃范围内完成的,同时还发现在TiC的生成过程中还伴有Ti3AlCx（x为未知数）化合物的生成。TiAl3在铝液中参与反应前先溶解,然后以溶质Ti的形式扩散到固体Al4C3
论文目录:
目录
摘要
Abstract
本文的创新点与主要贡献
第一章 绪论
1．1 铝及其合金的晶粒细化
1．1．1 铝及其合金的晶粒细化方法
1．1．2 中间合金细化铝晶粒的机理
1．1．2．1 包晶反应理论
1．1．2．2 成分过冷理论
1．1．2．3 粒子形核理论
1．1．2．4 超形核理论
1．2 颗粒增强金属基复合材料的性能特点及其发展应用
1．3 颗粒增强金属基复合材料和中间合金细化剂的制备技术
1．3．1 浸渗法
1．3．2 弥散法
1．3．3 喷射沉积法
1．3．4 自蔓延高温反应(SHS)
1．3．5 放热弥散法(XD~(TM))
1．3．6 接触反应法
1．3．7 气液反应法(VLS)
1．3．8 机械合金化
1．3．9 熔体直接反应法
3．9．1 混合盐置换反应
1．3．9．2 氧化物还原反应
1．3．9．3 单质粉末熔体直接反应
1．4 颗粒增强金属基复合材料和中间合金细化剂制备技术的低成本化
1．5 颗粒增强金属基复合材料和中间合金细化剂的原位反应机理
1．5．1 物相演化过程
1．5．2 反应热力学
1．5．3 反应动力学
1．6 Al-Ti/Zr-C体系的研究状况
1．6．1 碳与铝液的反应
1．6．2 Al-Ti-C体系的研究状况
1．6．2．1 Al-Ti-C体系的反应过程
1．6．2．2 TiC在 Al熔体中的稳定性
1．6．3 Al-Zr-C体系的反应
1．7 本文选题意义与主要研究内容
参考文献
第二章 试验方法与数据处理
2．1 试验材料
2．2 粉末球磨处理
2．3 差示扫描量热分析(DSC)
2．4 中间合金细化剂和复合材料的熔体原位反应合成
2．5 X射线衍射分析(XRD)
2．6 材料组织结构分析
2．7 中间合金细化效果和复合材料力学性能分析
2．8 用 DSC曲线数据求取化学反应的动力学参数
2．9 化学反应的热力学计算
参考文献
第三章 Al-C反应的分析及 Al-C合金的熔体原位反应合成
3．1 引言
3．2 Al-C反应的 DSC和 XRD分析
3．3 Al-C反应的动力学分析
3．4 二元 Al-C合金的低成本熔体原位反应合成
3．4．1 Al-C合金的熔体原位反应合成工艺
3．4．2 Al-C合金的微观组织
3．5 本章小结
参考文献
第四章 Al一Ti/TiO_2-C体系的反应机理
4．1 引言
4．2 Al-Ti反应的DSC和EPMA分析
4．3 Al-Ti-C三元系反应过程的 DSC和 XRD分析
4．4 Al-TiO_2-C体系反应过程的 DSC和 XRD分析
4．5 TiAl_2与 Al_4C_3在铝熔体中的反应机制
4．6 本章小结
参考文献
第五章 熔体原位反应合成 Al-Ti/TiO_2-C体系合金及其组织结构与性能
5．1 引言
5．2 Al-Ti-C体系合金的熔体原位反应合成
5．3 Al-Ti-C体系合金的物相与组织结构
5．4 Al-TiO_2-C体系合金的熔体原位反应合成
5．5 Al-Ti-C和 Al-TiO_2-C体系合金对纯铝的细化
5．5．1 Al-Ti-C和 Al-TiO_2-C体系合金对纯铝的细化行为
5．5．2 Al-Ti-C-(O)中间合金细化α-Al晶粒核心的观察及细化机理探讨
5．5．3 Al-Ti-C-(O)中间合金的制备温度与细化性能的相关性
5．6 Al-Ti-C和 Al-Ti-C-O合金材料的力学性能
5．7 本章小结
参考文献
第六章 Al-ZrO_2-C体系的反应机理及其合金的熔体原位反应合成1
6．1 引言
6．2 Al-ZrO_2-C体系的反应机理
6．2．1 Al-ZrO_2-C体系反应的DSC和 XRD分析
6．2．2 Al-ZrO_2-C体系在 DSC加热过程中的组织结构演化
6．2．3 Al-ZrO_2-C体系反应过程分析
6．2．4 球磨时间对反应过程的影响
6．2．5 加热速率对反应过程的影响
6．3 熔体原位反应合成 Al-Zr-O-C合金
6．3．1 熔体原位反应合成 Al-ZrO_2-C体系合金的物相与组织结构
6．3．2 Zr_2Al_3C_5在铝熔体内的原位生成动力学
6．4 本章小结
参考文献
第七章 结论
致谢
攻读博士学位期间论文、专利、科研项目及获得奖励情况
附录 学位论文评阅及答辩情况表
发布时间: 2005-10-17
参考文献
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