自蔓延高温合成nialtic复合材料

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1、硕十学位论文摘要本文采用自蔓延高温合成工艺，利用Ni．A1．Ti．C体系的放热反应，成功制备了NiAl．TiC颗粒增强原位自生复合材料，并且对Ni．A1．Ti—C体系反应热力学和动力学、SHS工艺、组织等三个方面进行了较为系统的研究。根据热力学第一定律，对Ni．Al—Ti—C体系反应生成的NiAl和TiC的焓变、自由能及绝热温度进行了理论计算和分析。热力学计算结果表明：反应中首先生成NiAl金属间化合物，然后生成TiC，最终产物只有NiAl和TiC。通XRD分析对计算结果进行了实验验证，实验结果与理论分析吻合较好。基于动力学理论，对产

2、物进行XRD和SEM的分析以及结合差热分析，研究了Ni．A1．Ti．C体系燃烧反应的微观过程，发现该反应过程遵循热力学上的最佳路径，即随着燃烧波的蔓延，Ni和Al反应首先生成NiAl金属间化合物，随着反应温度的升高，使得Ti和C反应生成TiC陶瓷颗粒。在Ni．A1．Ti．C体系中高温NiAl液相的获得有助于增大反应面积，促进质量和能量的快速输运，这正是Ni．A1．Ti．C体系高速反应动力学的基础。而液相产物的存在时间则是影响SHS工艺合成产物最终组织和致密度的关键。工艺参数对NiAl．TiC金属陶瓷的燃烧合成过程有着重要的影响，通过研

3、究工艺参数的改变对材料组织等的影响，得到了NiAl．TiC金属陶瓷优化的工艺参数，这些工艺参数包括：反应物配比、反应物粒度、压坯密度及尺寸大小和预热温度与加热速度。结合具体实验确定了反应体系预制块的最佳反应物配比为含20％左右TiC；压坯压力为300MPa；试样的尺寸为①30mm×30mm；预热温度为300℃。NiAl．TiC复合材料结构中存在TiC陶瓷相和NiAl金属粘结相两相，没有发现有其他相生成。TiC颗粒聚集于基体晶粒交界处，微观组织较为致密，仅有少量孔洞。TiC主要有球形和等轴状等形态，TiC颗粒与NiAl基体大部分界面结合

4、较好，界面干净，无界面反应产物，但有部分粘结相与陶瓷颗粒的界面处存在脱粘的现象。关键词：金属陶瓷复合材料；NiAl．TiC；燃烧合成；热力学和动力学；工艺优化；组织自蔓延高温合成NiAl．TiC复合材料ABSTRACTInthispaper，in—situparticlereinforcedNiAl—TiCcompositeswereSuccessfullyfabricatedbySHSusingexothermicreactionsinNi—Al—Ti-Csystem．InVestigationswerethoroughlymade

5、inthreeaspects：thermodynamicsandkinetics，SHSprocess，relationbetweenmicrostructure．Thereactiveformationenthalpy，fIreeenergyandreactiVeadiabatictemperatureofNiAlandTiCfabricatedinNi．A1．Ti．Csystemhavebeentheoreticallycalculatedandanalyzedbasedonthenrstlawofthermodynamics．T

6、hecalculatedresultsshowthattheNiAlintermetallicsformsbeforeTiC．NiAlandTiCarethe6nalphases．ThecalculatedresultswereverifiedbyXRD．Theexperimentalresultsareingoodagreementwith‘thetheoreticalanalysis．Basedonkinetictheories，themicroreactionprocessofNi-Al-Ti—Csystemwasstudied

7、bytheanalysisofXRDandSEMoftheproductaftertheSHSandDSCanalysis．Followingthelawofsmallestenergy，withthepropagationofcombustionwave．NiAlintermetallicsasaresultofreactionofNiandAlwillformnrstly．Subsequently，astheincreasingoftemperature，TiCphaseformultimately．InNi．A1．Ti．Csys

8、temliquidNiAlexistedduringreactionsanditgreatlyincreasedthereactionareaandimprovedthetransportationofmassanden