Al-Ti-Si体系燃烧合成反应机制及产物

论文摘要

本文主要研究了Al-Ti-Si该体系在DTA和TE两种不同条件下的反应机制和相转变顺序,并探讨了动力学因素（Al含量和反应物粒度等）对该体系SHS反应产物（种类、形貌、尺寸和数量等）的影响规律。DTA条件下,Al的添加彻底改变了Ti-Si体系的反应路径。Al-Ti-Si体系的反应路径如下:All+Tis+Sis→（Al-Si）l+Tis+Sis→Ti（Al,Si）3s+Sis→Ti5（Si,Al）3s+All。此外,随Al含量的增加,Al-Ti-Si体系产物中Ti（Al,Si）3的含量显著增加,而Ti5（Si,Al）3的含量则明显降低。TE条件下,与Ti-Si体系相比较,Al-Ti-Si体系的反应机制发生了明显的改变:首先是Al-Si液相的形成（预反应）和Ti（Al,Si）3中间相的形成（点火反应）,并释放出大量的热;随后Ti（Al,Si）3和Si反应,生成Ti5（Si,Al）3和Al液（燃烧反应）,该反应释放出的大量热导致领先相Ti（Al,Si）3以及残余的Ti和Si熔化并形成Al-Ti-Si三元液相;当熔体中的[Ti]和[Si]的浓度达到饱和时,反应析出Ti5（Si,Al）3。随Al含量增加,Al-Ti-Si体系的燃烧温度逐渐降低,且主要产物的过渡顺序为:Ti5Si3→Ti5（Si,Al）3→Ti（Al,Si）3;Ti（Al,Si）3中Si原子的固溶量随Al含量的增加而显著增加,但Ti5（Si,Al）3中Al原子的固溶量主要取决于Al含量。此外,Al粉粒度对Al-Ti-Si体系反应产物相组成和形貌影响不大。Ti和Si粉粒度对产物相组成和尺寸影响不大;但对Ti5Si3的形貌有较大影响。与单相Ti5Si3或TiAl3相比,Ti5Si3-TiAl3复相组织晶粒细小,微裂纹减少。随设计Al2O3含量增加,热爆+热压合成的Ti5Si3-Al2O3复合材料的硬度值逐渐降低。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义
• 5Si₃ 的研究现状'>1.2 合成Ti₅Si₃的研究现状
• 5Si₃ 的反应机制和动力学影响因素'>1.3 燃烧合成Ti₅Si₃的反应机制和动力学影响因素
• 5Si₃'>1.3.1 二元Ti-Si 体系合成Ti₅Si₃
• 5Si₃'>1.3.2 二元Ti-Si 体系合成Ti₅Si₃
• 5Si₃ 性能的途径'>1.4 改善Ti₅Si₃性能的途径
• 5Si₃ 性能的影响'>1.4.1 合金化对Ti₅Si₃性能的影响
• 5Si₃ 性能的影响'>1.4.2 复合化对Ti₅Si₃性能的影响
• 1.5 研究内容
• 第2章 实验方案
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 制备预制块
• 2.2.2 DTA 实验
• 2.2.3 TE 实验
• 2.2.4 SHS 实验
• 2.3 样品表征
• 2.3.1 X 射线衍射分析
• 2.3.2 扫描电镜和能谱分析
• 2.4 技术路线
• 5Si₃的反应路径'>第3章 Al-Ti-Si 体系燃烧合成Ti₅Si₃的反应路径
• 3.1 引言
• 3.2 Al-Ti-Si 体系反应热力学分析
• 3.2.1 标准反应吉布斯自由能
• 3.2.2 标准反应焓
• 3.2.3 绝热燃烧温度
• 3.3 Al-Ti-Si 体系反应路径探讨
• 3.3.1 DTA 条件下的相形成顺序及反应路径
• 3.3.1.1 Al 含量对DTA 反应的影响
• 3.3.1.2 DTA 条件下反应路径探讨
• 3.3.2 TE 条件下反应路径
• 3.4 本章小结
• 5Si₃的动力学影响因素'>第4章 Al-Ti-Si 体系燃烧合成Ti₅Si₃的动力学影响因素
• 4.1 引言
• 4.2 Al 含量对燃烧温度及SHS 产物的影响
• 4.2.1 Al 含量对燃烧温度的影响
• 4.2.2 Al 含量对产物相组成的影响
• 4.2.3 Al 含量对产物组织形貌的影响
• 4.3 反应物粒度对SHS 产物的影响
• 4.3.1 Al 粒度
• 4.3.2 Ti 粒度
• 4.3.3 Si 粒度
• 5Si₃-TiA13 复相组织的影响'>4.4 设计TiA13 含量对Ti₅Si₃-TiA13 复相组织的影响
• 5Si₃-A1203 复合材料组织的影响'>4.5 设计A1203 含量对Ti₅Si₃-A1203 复合材料组织的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
• 致谢
• 摘要
• Abstract