《基於熱壓燒結的Ti/Al2O3複合材料可控制備與性能最佳化研究》是依託濟南大學，由王志擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於熱壓燒結的Ti/Al2O3複合材料可控制備與性能最佳化研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王志
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
將鈦金屬與氧化鋁陶瓷複合是人們致力研究的一類新型結構功能材料，本課題在前期研究基礎上，深入研究真空熱壓條件下，Ti/Al2O3複合材料的燒結合成機理，探討組成設計、界面結構、力學性能之關係。研究界面元素擴散行為、產物相形成序列等問題，完善Ti-Al2O3界面反應模型；設計引入納米金屬Nb、Ni和稀土氧化物Y2O3、CeO2等，通過它們高溫下的化合作用來實現對Ti-Al2O3界面反應的控制，抑制Ti3Al相生長和強界面的形成，最佳化界面相組成及其結構，解決高溫下生成脆性Ti3Al相的難題；採用SEM、TEM、EPMA和EDS等手段，揭示Ti-Al2O3界面反應、微區結構演變與控制機理，最佳化材料組分與製備工藝，獲得性能優良的Ti/Al2O3複合材料。研究成果將為其在航空航天、新型刀具、先進制造等高技術領域套用提供理論依據和實驗探索。
結題摘要
Ti/Al2O3金屬陶瓷複合材料作為一種新型的結構功能材料，在航天航空、化學化工、機械製造和電子信息等領域具有廣闊的套用前景。本項目利用真空熱壓燒結技術，從Ti/Al2O3金屬陶瓷複合材料的燒結合成機理入手，研究了Ti-Al2O3界面元素的擴散路徑及界面反應層厚度，發現界面反應產物組成、結構及形成次序主要是由Al元素擴散控制的；從動力學角度求解界面反應層元素的擴散係數，建立了Ti-Al2O3界面反應層厚度與燒結溫度和保溫時間之間的動力學方程：d=182.5exp (-6.6×104/RT)t0.48，完善了熱壓燒結條件下Ti/Al2O3複合材料的燒結機理及擴散模型。在複合材料體系中引入金屬Nb、納米Ni和稀土氧化物Y2O3、CeO2等，通過高溫化合作用調控Ti-Al2O3界面反應，抑制界面處Al元素的擴散距離和濃度，其界面反應激活能與無摻雜試樣相比分別提高了2.58%、30.3%、2.27%和94.24%，阻礙強界面的形成，最佳化界面區微觀結構，解決高溫下劇烈界面反應和脆性Ti3Al相生成這一技術難題，實現材料結構與性能可控和較低溫度下緻密燒結，揭示了Ti-Al2O3界面反應、微區結構演變與控制機理；研究了不同添加劑摻量及燒結制度對Ti/Al2O3複合材料物相組成、界面結構和性能的影響規律，確定各添加劑最優摻量和最佳燒結工藝，獲得性能優良的Ti/Al2O3複合材料，為Ti/Al2O3複合材料的規模化生產奠定了理論基礎。
