熔融鈦及其合金與陶瓷基體反應(yīng)的探索性研究.pdf

1、鈦合金是一種性能優(yōu)異、用途廣泛的金屬材料。鈦熔點(diǎn)高達(dá)1668℃，化學(xué)性質(zhì)很活潑，它幾乎會(huì)與所有已知的耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，工業(yè)上一直使用水冷銅坩堝，導(dǎo)致鈦合金不僅熔煉生產(chǎn)過程非常繁雜，且其成本始終居高不下，嚴(yán)重阻礙了鈦及鈦合金的擴(kuò)大應(yīng)用，尋找耐熔融鈦的抗高溫陶瓷體系是攻克能耗節(jié)約型鈦合金技術(shù)的突破口，而研究陶瓷體系與鈦合金之間的界面反應(yīng)并實(shí)現(xiàn)反應(yīng)可控則是其基礎(chǔ)。
　　 論文圍繞這一目標(biāo)，使用SPS法初步快速篩選了抗熔融鈦的耐高溫

2、陶瓷體系，通過對一系列的陶瓷“三明治”法包裹熔融TC4后的界面反應(yīng)的比較研究，發(fā)現(xiàn)六方氮化硼和碳化硅是一種與鈦合金反應(yīng)較小的耐火材料，并進(jìn)一步使用電弧熔煉法驗(yàn)證了六方氮化硼坩堝作為熔鈦器件的可行性。在此基礎(chǔ)上，探索了適用于與鈦合金進(jìn)行界面反應(yīng)研究的氮化硼塊材的燒結(jié)制備工藝，并分別使用快速、慢速兩種升溫方式對氮化硼、碳化硅基體與鈦及鈦合金的界面反應(yīng)進(jìn)行了研究。
　　 為避免陶瓷基體中雜質(zhì)對后續(xù)界面反應(yīng)研究產(chǎn)生影響，制備出純度較高的

3、且有一定密實(shí)度的陶瓷基體是重要的一步。六方氮化硼是共價(jià)鍵化合物，固相擴(kuò)散系數(shù)低，且是片層狀結(jié)構(gòu)，故純相的塊材難以燒結(jié)致密，本文分別使用熱壓爐、放電等離子爐（SPS-1050）、放電等離子活化燒結(jié)爐(Ed-PAS-Ⅲ)制備陶瓷塊體，并根據(jù)測試結(jié)果和下一步界面反應(yīng)所需的要求選取了用PAS在1600℃保溫5min條件下制得的純度較高的氮化硼塊材。
　　 由于金屬鈦的熔點(diǎn)高，且高溫下的化學(xué)活性極強(qiáng)，故需探索出合適的研究熔鈦與陶瓷基體之間

4、界面反應(yīng)的方法。為減少前期金屬/陶瓷之間固相反應(yīng)對于界面的影響，本文采用超快速升溫法使金屬迅速達(dá)到熔融狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)熔體鈦及鈦合金活度很高，不可避免的會(huì)與氮化硼、碳化硅陶瓷基體發(fā)生一定程度的反應(yīng)，且在陶瓷基體上會(huì)出現(xiàn)不同反應(yīng)產(chǎn)物、或同一反應(yīng)產(chǎn)物不同形貌的有規(guī)律鋪展，同樣的情形也出現(xiàn)在慢速升溫界面反應(yīng)的結(jié)果中，這些對于界面反應(yīng)的過程分析具有一定的指導(dǎo)意義。通過對比兩種不同設(shè)備研究界面反應(yīng)所采取的升溫方式可發(fā)現(xiàn)，使用快速升溫法是一種較為有效