電場輔助梯度功能材料制備及合成機理研究.pdf

1、采用傳統(tǒng)的自蔓延高溫合成技術(shù)(Self-propagatingHigh-temperature Synthesis，簡稱SHS)制備低放熱體系復(fù)合材料存在反應(yīng)不完全、雜質(zhì)和缺陷多等缺點，在外電場的作用下，電場的焦耳熱和質(zhì)量傳輸效應(yīng)，可以克服SHS技術(shù)的熱力學(xué)及動力學(xué)局限性，使反應(yīng)得以維持。本文采用電場(直流)輔助自蔓延高溫合成(Field Activated Self-propagating High-temperature Synth

2、esis，簡稱FASHS)技術(shù)制備了TiC-Ni-x％Fe和TiC-Al2O3-x％Fe體系梯度功能材料(FunctionallyGradient Materials，簡稱FGM)，該材料可被廣泛應(yīng)用于航空、航天和機械等領(lǐng)域。 本文從FGM的實際應(yīng)用出發(fā)，對試驗材料進行了設(shè)計和選擇，以實現(xiàn)不同服役條件對復(fù)合材料綜合性能的要求。按梯度層的設(shè)計方案，采用反應(yīng)物逐層填料及雙向加壓法進行制坯。對比試驗了單層均勻體和多層梯度反應(yīng)物在不加電

3、場和加電場兩種情況下的合成反應(yīng)。 采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射等分析方法對生成物的微觀組織形貌及物相組成進行了分析；另外對合成材料的表面硬度、顯微硬度和單層及多層反應(yīng)物的燃燒波速度進行了測試。 試驗表明，F(xiàn)ASHS技術(shù)制備的TiC-Ni-x％Fe體系FGM材料的成分和組織在宏觀上均呈梯度變化，在微觀上呈均勻分布，各層在結(jié)合界面處看不到裂紋和孔洞；用FASHS技術(shù)制備的TiC-Al2O3-x％Fe體系FGM材

4、料的成分和組織在宏觀上呈梯度變化，在微觀上分布不均勻，梯度層在結(jié)合界面處看不到裂紋和孔洞。 結(jié)果表明，對于TiC-Ni-x％Fe體系和TiC-Al2O3-x％Fe體系FGM，當(dāng)電場強度E(分別為20V/cm和16V/cm)一定時，隨著Fe含量的增加，梯度材料的硬度呈現(xiàn)梯度下降分布。在制備低放熱TiC-Ni-x％Fe和TiC-Al2O3-x％Fe體系FGM時，電場的焦耳熱效應(yīng)和離子電致遷移作用，減小了梯度層結(jié)合界面處的成分濃度差，