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熔铸法原位自生Al_2O_3-TiC_p/Al基复合材料的热力学及动力学分析

郑小红  
【摘要】: 借助差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDAX)、X射线衍射仪(XRD)等测试技术,对Al-TiO_2-C体系的热力学、动力学进行了详尽的分析,建立了熔铸法(MC)制备原位自生Al_2O_3-TiCp/Al基复合材料的动力学模型,并制定了MC合成原位自生Al_2O_3-TiCp/Al基复合材料的合理工艺,同时以稀土CeO_2作为添加剂,研究稀土CeO_2对复合材料中增强相颗粒的形貌、生成量、复合材料的微观组织结构等的影响。 由热力学分析可知,通过控制反应温度等工艺参数完全可以获得原位自生Al_2O_3-TiCp/Al基复合材料,避免副产物Al_3Ti和Al_4C-3的产生。利用Al-TiO_2-C体系熔铸法制备原位自生Al_2O_3-TiCP/Al基复合材料,反应的动力学机制可以分为:熔化、扩散、反应和冷却。该体系的主体反应主要可以包括Al与TiO_2之间发生的伴随着强烈放热的置换反应生成Al_2O_3粒子,以及石墨粒子与其周围的富钛层反应生成TiC粒子这样两部分反应。基于理论计算和实验研究,建立了Al-TiO_2-C体系MC合成工艺制备原位自生Al_2O_3-TiCP/Al基复合材料的动力学模型。动力学分析可知,石墨颗粒和TiO_2颗粒愈细,混粉质量愈好,增强体的体积分数愈高,反应速率愈大,反应完成所需时间愈短。 实验结果表明:Al-TiO_2-C体系通过熔铸法在1100℃时辅以充分的搅拌可以成功获得颗粒亚微米级分布均匀的原位自生Al_2O_3-TiCp/Al基复合材料。添加稀土CeO_2可以使该体系在940℃下获得颗粒更加细小的、均匀弥散分布的原位自生Al_2O_3-TiCp/Al基复合材料。


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