通過分析機(jī)械球磨Al/TiO₂/TiC復(fù)合粉末的放熱反應(yīng)及原位合成動(dòng)力學(xué),確定Ti₃AlC₂/Al₂O₃/TiAl₃復(fù)合材料的合成路徑。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合球磨后復(fù)合粉末的微觀形貌和物相演變分析,提出復(fù)合材料的原位合成機(jī)理。結(jié)果表明:復(fù)合材料原位合成過程中存在中間產(chǎn)物TiO和TiC_x;機(jī)械球磨形成的"核殼結(jié)構(gòu)"對(duì)原位合成組織細(xì)小均勻的Ti₃AlC₂/Al₂O₃/TiAl₃復(fù)合材料至關(guān)重要。 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報(bào). 2017,27(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

球磨不同時(shí)間后TiO2顆粒在Al顆粒表面的分布形貌

1850中國有色金屬學(xué)報(bào)2017年9月圖2不同升溫速率下球磨50h后Al/TiO2/TiC的DSC曲線Fig.2DSCcurvesofAl/TiO2/TiCpowdermixturesafter50hmillingatdifferentheatrates方法對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以研究熱爆反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)[13-15]。根據(jù)ASTME698，有RET0.4567d(1/)d(lg)(1)式中：β為升溫速率；T為絕對(duì)溫度；E為表觀激活能；R為氣體常數(shù)。圖2中放熱峰A與放熱峰B對(duì)應(yīng)的峰值溫度如表1所列，分別以峰值溫度TP做lgβ-1/TP線性回歸(如圖3所示)，即可由斜率求得放熱峰A與放熱峰B所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的總包表觀激活能分別為(275.32±19.30)kJ/mol和(225.36±13.00)kJ/mol。HSU等[9]利用TiO2/A356鋁合金原位反應(yīng)合成了TiAl3/Al2O3復(fù)合材料，其計(jì)算出的反應(yīng)表觀激活能為286.8kJ/mol，PAN等[16]計(jì)算出TiO2/A356反應(yīng)的表觀激活能為277kJ/mol，這些與本研究計(jì)算出的放熱峰A所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的表觀激活能非常接近。說明放熱峰A對(duì)應(yīng)的反應(yīng)即為Al與TiO2反應(yīng)得到TiAl3和Al2O3，但是其反應(yīng)機(jī)制仍尚未明了，尤其是對(duì)反應(yīng)中間產(chǎn)物的識(shí)別及Al2O3生成機(jī)制的分析仍然存在爭議。CHOI等[17]計(jì)算出了TiO2/Al/C體系合成TiC/Al2O3復(fù)合材料過程中第二個(gè)放熱峰對(duì)應(yīng)反應(yīng)的表1不同放熱峰的熱分析數(shù)據(jù)Table1ThermodynamicdatafordifferentexothermicpeaksHeatingrate/(K·min-1)ApT/℃BpT/℃5695.2924.98707.3953.210716.1961.515724.8983.1圖3不同放熱峰處對(duì)應(yīng)反應(yīng)lgβ-1/TP的線性關(guān)系Fig.3Relationshipbetweenlgβand1/TPofdifferentreactions:(a)PeakA;(b)PeakB表觀激活能，當(dāng)采用石墨時(shí)為(294±31)kJ/mol，而采用炭黑(0.03μ

峰A所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的表觀激活能非常接近。說明放熱峰A對(duì)應(yīng)的反應(yīng)即為Al與TiO2反應(yīng)得到TiAl3和Al2O3，但是其反應(yīng)機(jī)制仍尚未明了，尤其是對(duì)反應(yīng)中間產(chǎn)物的識(shí)別及Al2O3生成機(jī)制的分析仍然存在爭議。CHOI等[17]計(jì)算出了TiO2/Al/C體系合成TiC/Al2O3復(fù)合材料過程中第二個(gè)放熱峰對(duì)應(yīng)反應(yīng)的表1不同放熱峰的熱分析數(shù)據(jù)Table1ThermodynamicdatafordifferentexothermicpeaksHeatingrate/(K·min-1)ApT/℃BpT/℃5695.2924.98707.3953.210716.1961.515724.8983.1圖3不同放熱峰處對(duì)應(yīng)反應(yīng)lgβ-1/TP的線性關(guān)系Fig.3Relationshipbetweenlgβand1/TPofdifferentreactions:(a)PeakA;(b)PeakB表觀激活能，當(dāng)采用石墨時(shí)為(294±31)kJ/mol，而采用炭黑(0.03μm)時(shí)則為(236±22)kJ/mol，這一數(shù)值與C在TiC中的擴(kuò)散激活能相當(dāng)。本文作者計(jì)算出的放熱峰B所對(duì)應(yīng)反應(yīng)的表觀激活能((225.36±13.00)kJ/mol)與CHOI等采用炭黑計(jì)算出的激活能非常接近。目前采用Ti/Al/C或Ti/Al/TiC體系燃燒合成Ti3AlC2的相關(guān)報(bào)道很多，但是基本上是對(duì)于燃燒合成工藝的研究，而對(duì)合成機(jī)理的研究很少，文獻(xiàn)中尚未見其合成反應(yīng)表觀激活能數(shù)據(jù)的相關(guān)報(bào)道。不過研究者通常認(rèn)為Ti-Al金屬間化合物及TiCx是合成Ti3AlC2相的關(guān)鍵中間產(chǎn)物。CHEN等[18-19]和LI等[20]均報(bào)道TiAl3是采用Ti/Al/C體系合成Ti3AlC2的關(guān)鍵中間產(chǎn)物。YOSHIDA等[21]在采用Ti/Al/TiC體系燃燒合成Ti3AlC2的過程中也發(fā)現(xiàn)了中間產(chǎn)物TiAl3。陳克新等[19]進(jìn)一步研究了Ti/Al/C體系中添加TiAl3對(duì)燃燒合成Ti3AlC2粉體的影響，結(jié)果表明：當(dāng)在反應(yīng)物中添加TiAl3時(shí)能顯著提高反?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3274501