基于热压烧结的Ti/Al 2 O 3 界面反应机理及动力学研究
发布时间：2021-10-10 22:42
金属Ti和Al2O3陶瓷具有较好润湿性和相近的热膨胀系数,因此Ti/Al2O3金属陶瓷兼具两相基体材料的优点。但是,高温下Al2O3与Ti易发生剧烈的界面反应,生成Ti3Al、TiAl等脆性相,降低了复合材料的力学性能。针对这一情况,本文在真空热压条件下,对Ti/Al2O3界面反应的微观结构、物相组成和元素扩散等进行深入研究,并推导了界面反应动力学方程,为该复合材料界面改性提供了充分的理论依据。利用真空热压技术和粉末包裹钛片的方法,研究了烧结温度（1150-1450℃）和保温时间（1.2-2.5 h）对Ti/Al2O3界面反应的影响。结果表明:随着烧结温度的提高,界面反应层的厚度呈指数型增长,微观结构的致密化程度不断增加;随着保温时间的延长,界面反应层的厚度呈线型增长,但是微观形貌变化不明显。同时,利用菲克第二定律计算了界面处各元素的扩散系数:当烧结温度为1450℃时,...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属陶瓷三种界面类型示意图
图 1.2 固态相界面结构示意图（a）共格界面；（b）半共格界面；（c）非共格界面内聚力实质上是物质原子或分子之间的相互作用力，内聚力模型的根本是界面应力和界面相对位移有一定的函数关系，因此通过选取合适的参数可以来反映出界面层物质的模量、强度和韧度等力学性质。陈兴等[41]利用内聚力模型对 T 型钎焊接头裂纹扩展进行数值模拟，结果表明：T 型 316L/BNi-2 钎焊接头的内聚能为 Gc= 16.17 mJ/mm2，损伤起始应力为 σmax= 25 MPa，并且 数值模拟结果和试验结果的各项误差均在±10 %以内，表明内聚力模型模拟计算的准确度比较高。趋于自愈合的材料中的基于热力学的内聚力模型表明[42]，裂纹的愈合机制通常源于其在破坏过程中的进化机制，同时也包含温度、残余时间、裂纹闭合和愈合历史对其的影响。第一原理方法是建立在密度泛函理论基础上的，意在将热力学参数与第一原理计算结果联系起来，进而研究结构稳定性与环境依赖相互关系的系统理论，用来计算材料的[43]
因此此时界面反应层的形成是以 Ni/ZrC-SiC 间的相互作用为主导。Z了 Al/B4C 界面，发现在界面处存在厚度约为 2~6 nm 的无定形组织层，并粒的尺寸小于块体中 Al 区域的；EDX 和 EELS 结果表明，这些无定形组组成。界面固相扩散动力学研究扩散问题研究中，原子（分子）具体的微观扩散机制得到了进一步发展，种扩散机制：直接交换机制、空位机制和间隙机制。同时，研究了扩散过化，当原子完成从一个平衡位置到另一个平衡位置的基本跃迁时，需克服额外能量才能实现，这部分能量称为扩散激活能，如图 1.3 所示。这些理解释了诸多的扩散现象和行为。但是，当要进一步研究实际材料中原子的观机制时，传统的研究方法遇到了瓶颈。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化锆基金属陶瓷放电等离子烧结制备与性能研究[J]. 钟楠骞,曾凡浩,袁铁锤,李瑞迪. 湖南有色金属. 2015(02)
[2]氧化铝-铝金属陶瓷材料的致密化机理[J]. 宋杰光,王瑞花,王秀琴,王芳,李世斌,纪岗昌. 材料热处理学报. 2014(S2)
[3]TiB2增强Co基金属陶瓷粉末与涂层组织结构研究[J]. 陈枭,王洪涛,纪岗昌,白小波,富伟. 兵器材料科学与工程. 2014(05)
[4]基于内聚力模型的T型钎焊接头裂纹扩展数值模拟[J]. 陈兴,舒双文,周帼彦,庄法坤,涂善东. 压力容器. 2014(08)
[5]氧化锆-钼金属陶瓷抗钢液及熔渣侵蚀性能[J]. 郭艳玲,唐磊,赵海,王耀杰,张捷宇. 过程工程学报. 2014(03)
[6]计算扩散动力学在稀有金属材料研究和设计中的应用[J]. CUI YuWen,XU GuangLong,CHEN Yi,唐斌,李金山,周廉. 科学通报. 2013(35)
[7]激光合金化SiC-Ni金属陶瓷XRD分析与讨论[J]. 游明琳. 现代机械. 2012(05)
[8]Mo-TiC金属陶瓷的高温抗氧化行为及机理[J]. 封范,范景莲,成会朝,田家敏. 粉末冶金材料科学与工程. 2012(04)
[9]Zn元素含量对AgCuZn钎料在TiC金属陶瓷表面润湿性的影响[J]. 雷敏,张丽霞,李宏伟,冯吉才. 焊接学报. 2012(07)
[10]Mg-xZn-1Mn镁合金均匀化热处理及扩散动力学研究[J]. 袁家伟,李婷,李兴刚,张奎,郝永辉,罗广求. 稀有金属. 2012(03)
博士论文
[1]ZrC-SiC陶瓷与Nb瞬时液相扩散连接工艺及界面反应机理[D]. 宋昌宝.哈尔滨工业大学 2014
[2]钛合金熔体与陶瓷铸型界面反应规律及微观机理研究[D]. 刘爱辉.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]Al-Cu体系扩散过程的分子动力学研究[D]. 李昶.广西大学 2014
[2]Ti/Al扩散反应机理与动力学研究[D]. 吴兵华.哈尔滨工业大学 2013
[3]热压烧结制备17Ni/（NiFe2O4-10NiO）金属陶瓷的工艺及性能研究[D]. 黄伟.湘潭大学 2013
[4]W/ZrB2纳米多层膜界面性质第一性原理的研究[D]. 王海媛.天津师范大学 2012
本文编号：3429290
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属陶瓷三种界面类型示意图
图 1.2 固态相界面结构示意图（a）共格界面；（b）半共格界面；（c）非共格界面内聚力实质上是物质原子或分子之间的相互作用力，内聚力模型的根本是界面应力和界面相对位移有一定的函数关系，因此通过选取合适的参数可以来反映出界面层物质的模量、强度和韧度等力学性质。陈兴等[41]利用内聚力模型对 T 型钎焊接头裂纹扩展进行数值模拟，结果表明：T 型 316L/BNi-2 钎焊接头的内聚能为 Gc= 16.17 mJ/mm2，损伤起始应力为 σmax= 25 MPa，并且 数值模拟结果和试验结果的各项误差均在±10 %以内，表明内聚力模型模拟计算的准确度比较高。趋于自愈合的材料中的基于热力学的内聚力模型表明[42]，裂纹的愈合机制通常源于其在破坏过程中的进化机制，同时也包含温度、残余时间、裂纹闭合和愈合历史对其的影响。第一原理方法是建立在密度泛函理论基础上的，意在将热力学参数与第一原理计算结果联系起来，进而研究结构稳定性与环境依赖相互关系的系统理论，用来计算材料的[43]
因此此时界面反应层的形成是以 Ni/ZrC-SiC 间的相互作用为主导。Z了 Al/B4C 界面，发现在界面处存在厚度约为 2~6 nm 的无定形组织层，并粒的尺寸小于块体中 Al 区域的；EDX 和 EELS 结果表明，这些无定形组组成。界面固相扩散动力学研究扩散问题研究中，原子（分子）具体的微观扩散机制得到了进一步发展，种扩散机制：直接交换机制、空位机制和间隙机制。同时，研究了扩散过化，当原子完成从一个平衡位置到另一个平衡位置的基本跃迁时，需克服额外能量才能实现，这部分能量称为扩散激活能，如图 1.3 所示。这些理解释了诸多的扩散现象和行为。但是，当要进一步研究实际材料中原子的观机制时，传统的研究方法遇到了瓶颈。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化锆基金属陶瓷放电等离子烧结制备与性能研究[J]. 钟楠骞,曾凡浩,袁铁锤,李瑞迪. 湖南有色金属. 2015(02)
[2]氧化铝-铝金属陶瓷材料的致密化机理[J]. 宋杰光,王瑞花,王秀琴,王芳,李世斌,纪岗昌. 材料热处理学报. 2014(S2)
[3]TiB2增强Co基金属陶瓷粉末与涂层组织结构研究[J]. 陈枭,王洪涛,纪岗昌,白小波,富伟. 兵器材料科学与工程. 2014(05)
[4]基于内聚力模型的T型钎焊接头裂纹扩展数值模拟[J]. 陈兴,舒双文,周帼彦,庄法坤,涂善东. 压力容器. 2014(08)
[5]氧化锆-钼金属陶瓷抗钢液及熔渣侵蚀性能[J]. 郭艳玲,唐磊,赵海,王耀杰,张捷宇. 过程工程学报. 2014(03)
[6]计算扩散动力学在稀有金属材料研究和设计中的应用[J]. CUI YuWen,XU GuangLong,CHEN Yi,唐斌,李金山,周廉. 科学通报. 2013(35)
[7]激光合金化SiC-Ni金属陶瓷XRD分析与讨论[J]. 游明琳. 现代机械. 2012(05)
[8]Mo-TiC金属陶瓷的高温抗氧化行为及机理[J]. 封范,范景莲,成会朝,田家敏. 粉末冶金材料科学与工程. 2012(04)
[9]Zn元素含量对AgCuZn钎料在TiC金属陶瓷表面润湿性的影响[J]. 雷敏,张丽霞,李宏伟,冯吉才. 焊接学报. 2012(07)
[10]Mg-xZn-1Mn镁合金均匀化热处理及扩散动力学研究[J]. 袁家伟,李婷,李兴刚,张奎,郝永辉,罗广求. 稀有金属. 2012(03)
博士论文
[1]ZrC-SiC陶瓷与Nb瞬时液相扩散连接工艺及界面反应机理[D]. 宋昌宝.哈尔滨工业大学 2014
[2]钛合金熔体与陶瓷铸型界面反应规律及微观机理研究[D]. 刘爱辉.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]Al-Cu体系扩散过程的分子动力学研究[D]. 李昶.广西大学 2014
[2]Ti/Al扩散反应机理与动力学研究[D]. 吴兵华.哈尔滨工业大学 2013
[3]热压烧结制备17Ni/（NiFe2O4-10NiO）金属陶瓷的工艺及性能研究[D]. 黄伟.湘潭大学 2013
[4]W/ZrB2纳米多层膜界面性质第一性原理的研究[D]. 王海媛.天津师范大学 2012
本文编号：3429290
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