反應(yīng)燒結(jié)鈦酸鋁及鎳鋁-鈦酸鋁復(fù)合材料的研究.pdf

1、鈦酸鋁（Al2TiO5，簡(jiǎn)寫(xiě)為AT）具有熔點(diǎn)高、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率低、彈性模量低、抗熱震好以及抗沖擊性強(qiáng)等優(yōu)良特性，在許多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但是，鈦酸鋁材料存在兩大致命弱點(diǎn)：燒結(jié)強(qiáng)度低和低溫易分解，嚴(yán)重影響了其使用效果。而Ni-Al金屬間化合物具有強(qiáng)度高，耐高溫性好，導(dǎo)電、導(dǎo)熱率高等優(yōu)異性能，是一種介于高溫合金和陶瓷之間的高溫結(jié)構(gòu)材料?；趦烧邇?yōu)異的性能，將兩者復(fù)合有望得到兼具二者優(yōu)良性能、取長(zhǎng)補(bǔ)短的新型復(fù)合材料。
　　本文

2、采用反應(yīng)燒結(jié)法合成鈦酸鋁，并利用合成的鈦酸鋁粉料與原子比為1:1的Ni、Al粉末混合，采用反應(yīng)燒結(jié)法制備鎳鋁-鈦酸鋁復(fù)合材料，并對(duì)該復(fù)合材料的物相組成、顯微形貌、形成機(jī)理等進(jìn)行探索研究，同時(shí)研究了燒結(jié)溫度、氣氛等對(duì)鈦酸鋁物相組成、組織形貌、合成率等的影響。研究結(jié)果表明：
　　(1)在不添加任何添加劑的情況下，采用反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)制備鈦酸鋁陶瓷材料，反應(yīng)燒結(jié)溫度控制在1400℃、1500℃、1600℃。衍射分析表明試樣主晶相為Al2Ti

3、O5，隨著溫度的升高，鈦酸鋁合成率分別為78.86％、89.86%、96.61%；形貌觀察發(fā)現(xiàn)，Al2TiO5微觀組織為不規(guī)則顆粒狀，隨著溫度升高，顆粒尺寸由5~10μm增加到10～20μm，顆粒尺寸顯著增大，趨向均勻，有利于提高合成鈦酸鋁的強(qiáng)度。在750℃、800℃、850℃溫度下二次燒結(jié)鈦酸鋁的分解率分別為21.53%、26.05%、29.44%，這說(shuō)明隨著溫度的升高鈦酸鋁的分解率升高。另外，相同溫度下，真空狀態(tài)下燒結(jié)會(huì)促進(jìn)鈦酸鋁的

4、分解。
　　(2)通過(guò)對(duì)鎳鋁-鈦酸鋁復(fù)合材料體系發(fā)生的主要反應(yīng)的熱力學(xué)計(jì)算，得到熱力學(xué)上反應(yīng)的發(fā)生順序，結(jié)合實(shí)際發(fā)現(xiàn)反應(yīng)受動(dòng)力學(xué)的影響比較大。Al與鈦酸鋁的反應(yīng)以及Ni、Al與鈦酸鋁反應(yīng)中隨著Al加入量的增加鈦酸鋁的分解率增大。反應(yīng)的過(guò)程是由表及里，逐層進(jìn)行侵蝕的，最終得到的氧化鋁分為薄殼狀和細(xì)碎顆粒狀兩種形態(tài)；隨著鎳鋁加入量的增加和燒結(jié)溫度的提高，鎳鋁-鈦酸鋁復(fù)合材料的宏觀強(qiáng)度增大，鈦酸鋁的分解程度加劇，所得復(fù)合材料的微觀顆粒結(jié)

5、合度變好，但是鎳鋁的加入量不能超過(guò)50%，否則容易發(fā)生熱爆反應(yīng)。通過(guò)顯微形貌觀察可以看出，分解的鈦酸鋁表面被大量厚度及長(zhǎng)度均處于亞微米級(jí)別、針葉狀的氧化鋁包覆，同時(shí)比表面積增大。Al的主要存在形式為氧化鋁，在Al含量充足的情況下，隨著燒結(jié)溫度的升高，逐漸出現(xiàn)NiAl、Ni3Al等金屬間化合物相；在Al不充足的情況下，Ni主要以單質(zhì)的形式存在。通過(guò)了解前人對(duì)鈦酸鋁原始晶胞的研究以及本課題所涉及的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了鎳鋁-鈦酸鋁復(fù)合材