先进复合材料工艺理论基础-界面.ppt

先进复合材料工艺理论基础第三讲 界面反应 主讲人 于家康Tel 88494987 O 88486066 LabM Email jkyu 提纲 引言金属 陶瓷界面反应自生复合材料的界面反应 引言 外加复合材料 金属基 C AlAl4C3陶瓷基 C SiSiC碳基 聚合物基 引言 自生复合材料 insitumetalmatrixcompositesaluminum titanium copper nickelandiron andsecond phaseparticles includingborides carbides nitrides oxidesandtheirmixtures 金属 陶瓷界面反应 铝与陶瓷 3SiO2 4Al 2Al2O3 3Si 金属 陶瓷界面反应 钛与陶瓷 5Ti B4C 4TiB TiC 自生复合材料的界面反应 自生工艺中的反应自生反应热力学自生陶瓷相的形成机理自生复合材料的显微组织 自生工艺中的反应固 液反应自蔓延高温合成 SHS Compositionofreactantpowdermixture measuredmaximumtemperatures andaveragepropagationrates 自生工艺中的反应固 液反应放热弥散 XD 自生工艺中的反应固 液反应反应热压 RHP 3TiO2 4Al 6B 2Al2O3 3TiB2MolecularratioofinstartingTiO2 Al Bmaterialsandnominalcontentofgeneratedphases vol incompositeproducts 自生工艺中的反应固 液反应燃烧辅助铸造 5Ti B4C 4TiB TiCastoichiometricamountofreactantpowdersisfirstblendedthoroughlyandthencompactedintopellets Thecompactedpelletandtherequiredamountofmatrixaremeltedandthencastintoagraphitemold Theceramicreinforcementsareformedinsituduringmeltingviaexothermicreactionsbetweenthereactants 自生工艺中的反应固 液反应直接反应合成 DRS Ti cu C TiC Ti cu B2O3 3C TiB2 3COcompactsofreactantpowders aredirectlyaddedintomoltenmetalandtheceramicreinforcingparticlesareformedinsituthroughtheexothermicreactionbetweenreactantsorbetweenreactantandsomecomponentofthemelt 自生工艺中的反应固 液反应熔剂辅助合成 FAS 3K2TiF6 13Al 3TiAl3 3KAlF4 K3AlF62KBF4 3Al AlB2 2KAlF4AlB2 TiAl3 TiB2 4AlDuringthesynthesis mixedsaltsofpotassiumhexafluorotitanate K2TiF6 andpotassiumtetrafluororate KBF4 areintroducedintoastirredaluminummeltwithanatomicratioinaccordancewithTi 2B 自生工艺中的反应固 液反应熔剂辅助合成 FAS 自生工艺中的反应固 液反应反应自发浸渗 RSI 3SiO2 4Al 2Al2O3 3SiSiO2particulatepreformplacedinsideaquartztubeof9mmdiameterand15mmlengthisimmersedintheAlmeltAlmatrixcompositesreinforcedwithmicroAl2O3 AlparticlesviareactiveinfiltrationofmoltenAlintopreformsofSiO2orMg SiO2mixturesat1348K 自生工艺中的反应固 液反应其它 金属直接氧化 DIMOX 快速凝固技术 RSP 反应挤压铸造 RSC 自生工艺中的反应气 液 固反应 VLS 2Ti N2 2TiNAl 4 5Mg 6 2Ti inwt parentalloywasmeltedinaninductionfurnace andsubsequently thechamberwasback filledwithpurifiedargon Uponreachinganappropriateprocessingtemperature cleanN2gaswasintroducedintotheAlalloymelt 自生工艺中的反应固 固反应机械合金化 MA Mechanicalalloying MA isasolidstatepowderprocessingmethodwhichinvolvesrepeatedcolddrawingandfractureofparticlesasaresultofthehighenergyball samplecollisions Thismethodcanbeusedtoproducefine grainedalloyedpowderparticlesinmetal metalandmetal ceramicsystems 自生工艺中的反应固 固反应反应热压 RHP Nominalcontentofgeneratedphases vol ininsituTi basedcompositesbyassuminginsitureactionstakeplacecompletelyinallsystems 自生工艺中的反应液 液反应 Theprocessinvolvesthereactionbetweentwometalstreamstoformrefractoryparticles Twoormorehigh speed turbulent molten metalstreamscontainingcomponentsofahigh temperature ceramic phase forexampleCu TiandCu B aremadetoimpingeupononeanotherinamixingchamber resultinginintimatemixingandreactiontoproducethesecondphase Theresultingmixturecanthenbecastinamoldorrapidlysolidifiedviameltspinningoratomization ThistechnologyiseffectiveinproducingcoppermatrixcompositesreinforcedwithnanoscaleTiB2particulates 50nm fortheelectricalapplications 自生反应热力学Al Ti Csystem ChangeofGibbsfreeenergy GasatemperatureforTiC Al4C3andAl3Tiformation 自生反应热力学Al Ti Csystem Thermodynamicdataasafunctionoftemperatureforthereaction3Al3Ti s Al4C3 s 3TiC s 13Al l 自生反应热力学Al Ti Csystem Thermodynamicdataasafunctionoftemperatureforthereaction3Al3Ti s C s TiC s 3Al l 自生反应热力学Al Ti Bsystem Al 2B AlB23Al Ti Al3TiAl3Ti 2B TiB2 3AlTi 2B TiB2 自生反应热力学Ti B4Csystem ChangeofGibbsfreeenergy Gasatemperatureforthereactions5Ti B4C 4TiB TiCand3Ti B4C 2TiB2 TiC respectively 5Ti B4C 4TiB TiC 3Ti B4C 2TiB2 TiC 自生反应热力学Ti TiB2system ChangeofGibbsfreeenergy Gandformationenthalpy HasatemperatureforthereactionTiB2 Ti 2TiB 自生陶瓷相的形成机理 固溶 析出Al Ti CAl Ti BAl CAl B4C 自生陶瓷相的形成机理 固 液界面反应ForapowdermixtureofTiNandBTiN 2B Al TiB2 AlNForthepowdermixtureofTiandB4C Al3Tiisformedfirst followedbyareactionbetweenAl3TiandB4C 3Al3Ti B4C 2TiB2 TiC 9Al 自生陶瓷相的形成机理 熔体中固 固反应Ti2O3 s 2AlB2 s 2TiB2 s Al2O3 s 3TiO2 s 3AlB2 s Al l 3TiB2 s 2 Al2O3 s 自生复合材料的显微组织 Opticalmicrographshowinguniformdi