稻殼每年產(chǎn)量十分巨大,常被當(dāng)作農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行處理,造成環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)。稻殼富含SiO₂,而Si又是高性能鈦材料的重要元素之一,因此充分利用廢棄稻殼,以其為SiO₂源制備高強(qiáng)度鈦基復(fù)合材料并探索其強(qiáng)化機(jī)理意義重大。本文首先采用檸檬酸液對稻殼進(jìn)行了酸洗處理,通過差示掃描量熱法（DSC）結(jié)合動力學(xué)計算確定了稻殼的熱分解過程及動力學(xué)參數(shù),并利用碳硫分析儀、XRD、XPS分析了稻殼熱解產(chǎn)物的成分。隨后,采用熱壓燒結(jié)法制備了稻殼SiO₂/Ti和對應(yīng)比例的Si/Ti、TiO₂/Ti復(fù)合材料,分別研究了 Si、O含量對復(fù)合材料晶格畸變及硬度的影響;討論了 SiO₂/Ti復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制。最后,研究了 SiO₂含量對復(fù)合材料致密度、顯微組織、硬度與摩擦磨損性能的影響。本文得到的主要結(jié)論如下:1.稻殼的熱分解過程可分為5個階段:失自由水階段（80℃以下）、失結(jié)晶水階段（80～250℃）、熱解碳化階段（250～360℃）、碳燃燒階段（360～600℃）和穩(wěn)定階段（600... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

增強(qiáng)體非均勻分布形式示意圖及對應(yīng)典型顯微組織

美國 Dynamet 公司就采用粉末冶金法，將 TiC 粉加入 Ti-6Al-V 或 Ti-6Al-6V-2Sn合金粉中，經(jīng)燒結(jié)、鍛造、軋制等工序研制出了 CermeTi 系列的復(fù)合材料【31】。結(jié)合上述制備方法特征，本文選擇采用粉末冶金法，即通過粉末的混合與熱壓燒結(jié)完成復(fù)合材料的制備。1.4 鈦硅系復(fù)合材料研究現(xiàn)狀對于傳統(tǒng)的鑄造鈦合金，通常是將包括稀土元素在內(nèi)的多種元素進(jìn)行合金化。例如國內(nèi) 90%以上的鈦合金鑄件使用的均是 Ti-6Al-4V合金，此類合金的熔點(diǎn)高(1680℃)、結(jié)晶區(qū)域?qū)�，鑄件縮孔、縮松等缺陷較多【32】。而鈦硅共晶系合金的出現(xiàn)則有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鈦合金的不足，其共晶熔點(diǎn)低、結(jié)晶區(qū)域窄、流動性好，具有很大的潛在研究價值。圖 1-4 為經(jīng)過不斷發(fā)展與完善后的 Ti-Si 二元系相圖，可以看出，在鈦硅相圖的富鈦端共有存在下述三個平衡轉(zhuǎn)變：(1) 共晶轉(zhuǎn)變(1330℃)：L（Ti，Si）→β-Ti + Ti5Si3；(2) 包析轉(zhuǎn)變(1170℃)：β-Ti +Ti5Si3→Ti3Si ；(3) 共析轉(zhuǎn)變(865℃)：β-Ti → -Ti + Ti3Si 。

使得材料的室溫塑性變得較差。于是，Ti5Si3的微合金化成了提高鈦材料力有效途徑。Ti5Si3的獲得途徑也有許多種，如熱壓燒結(jié)法、電弧熔煉法等。由圖 1-4還可以發(fā)現(xiàn)，Si 在 -Ti 中的固溶度約為 0.45wt.%，小于其在 β-Ti 中的3.0wt.%），其規(guī)律變化與 Fe-C 合金相圖較為相似。為此，可利用固溶特性對合材料的成分及制備工藝進(jìn)行設(shè)計，以制備出高性能的鈦基復(fù)合材料。目前，關(guān)于鈦硅系的材料通常是通過形成鈦硅化合物 TixSiy的顆粒增強(qiáng)相來使強(qiáng)度硬度得到增加，近年來，大量對鈦合金中硅化物的研究【36~38】表明：在鈦中加入 0.1~0.5wt.%的 Si，即可大大提高材料的高溫抗蠕變性能，并可提高材料度下的強(qiáng)度。硅化物增強(qiáng)顆粒的存在可使材料組織細(xì)化、力學(xué)性能增強(qiáng)。Chao等采用粉末冶金法制備了 Ti/SiO2復(fù)合材料，結(jié)果表明當(dāng) SiO2含量為 2.00wt.%時度、致密度等性能最佳，然而對其強(qiáng)化機(jī)理并沒有進(jìn)行深入闡述。為此，本文將在鈦基體中引入稻殼 SiO2以制備出高強(qiáng)度鈦基復(fù)合材料，然而，常是形成間隙固溶體的雜質(zhì)元素【40】。由 Ti-O 二元相圖（圖 1-5）可知，氧在溶解度遠(yuǎn)大于硅原子，約為 14.5wt.%。因此，當(dāng)少量的硅和氧同時存在于鈦基對其強(qiáng)化效應(yīng)和強(qiáng)化機(jī)制進(jìn)行探索是很有意義的。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非連續(xù)相混雜增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J]. 李劍云,謝敬佩,王愛琴,朱鵬飛.  粉末冶金工業(yè). 2016(06)
[2]非連續(xù)顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料制備技術(shù)與研究進(jìn)展[J]. 韓遠(yuǎn)飛,邱培坤,孫相龍,馮家浩,王立強(qiáng),呂維潔.  航空制造技術(shù). 2016(15)
[3]稻殼基二氧化硅的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 蘇學(xué)軍,宗春燕,韓蔚藍(lán),笪露遙.  化學(xué)工程師. 2016(07)
[4]三元層狀化合物Ti2SC的制備及其力學(xué)性能[J]. 王雨晨,許劍光,彭桂花,梁振華.  機(jī)械工程材料. 2016(07)
[5]稻殼生物質(zhì)資源利用技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 何文修,張智亮,計建炳.  化工進(jìn)展. 2016(05)
[6]Ti/Al/TiN體系自蔓延高溫合成鈦鋁氮復(fù)合材料[J]. 梁寶巖,張艷麗,張旺璽,王艷芝,徐世帥.  粉末冶金材料科學(xué)與工程. 2016(02)
[7]稻殼基磁性介孔SiO2的改性及其性質(zhì)表征[J]. 趙秀平,王韌,王莉,周蘊(yùn)宇,陳正行,黃鑫.  中國糧油學(xué)報. 2015(12)
[8]高溫下高純二氧化硅的結(jié)晶過程研究[J]. 莫騰騰,宋寧,謝剛,于站良,和曉才,魏可.  輕金屬. 2015(04)
[9]稻殼源白炭黑對天然橡膠膠料動態(tài)性能的影響[J]. 劉大晨,李樂,羅文龍,韓慧嬌.  橡膠工業(yè). 2014(09)
[10]稻殼基白炭黑的制備研究[J]. 閆靜,李洪亮,張旭東.  化工新型材料. 2013(09)

博士論文
[1]鈦合金磨損行為及磨損機(jī)理的研究[D]. 王蘭.江蘇大學(xué) 2014

碩士論文
[1]稻殼原位制備鋰離子電池用硅/碳復(fù)合負(fù)極材料的研究[D]. 王妍.吉林大學(xué) 2016
[2]稻殼預(yù)處理對稻殼灰的影響研究[D]. 陳佩.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]稻殼的綜合利用[D]. 楊君.大連工業(yè)大學(xué) 2011
[4]TA2工業(yè)純鈦高溫組織演變研究[D]. 劉以波.上海交通大學(xué) 2010
[5]稻殼直接燃燒特性分析及試驗(yàn)研究[D]. 諶旭東.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[6]秸稈類生物質(zhì)層燃燃燒特性的試驗(yàn)研究[D]. 林鵬.上海交通大學(xué) 2008
[7]鈦基復(fù)合材料中硅化物析出相研究[D]. 于杰.昆明理工大學(xué) 2004



本文編號：2913757