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Ti-C系燃烧合成：电流对合成产物的影响 第36卷 2007焦 第8期 8月 稀有金属材料与工程 RAREM[ETAL～L1ERIAI,SANDENGINEERING Vo1.36.No.8 August2007 电场诱导Fe.Ti.C系燃烧合成: 电流对合成产物的影响 王宏亮,杨屹,冯可芹,林慧敏,王文娟 (R]II大学,四川成都610065) 摘要:采用Gleeble.1500D热模拟试验机,利用电场诱导Fe.Ti.C体系发生燃烧合成反应,并研究了外加电流对合成 产物的影响.对产物进行了x射线衍射(xRD)和扫描电镜(SEM)等分析.结果表明:产物中均存在TiC相,而少 量的FeTi相仅存在于特定的阶段:随着外加电流的增加,颗粒的平均尺寸也发生不同程度的减小.外加电场能够促进 反应物粒子的固相扩散和形核长大,并最终影响合成产物的物相组成和颗粒尺寸. 关键词:Fe.Ti.C系;燃烧合成:电场:热模拟;物相组成;颗粒尺寸 中图法分类号:TB39文献标识码:A文章编号:1002.185X(2007)08.1483.04 1刖舌 自蔓延高温合成(SpagatingHigh- temperatureSynthesis简称SHS),也称燃烧合成,是近 年来发展起来的一种引起材料界和工程界广泛关注的 材料合成新技术.与传统方法相比,SHS法具有节能, 省时等特点,而且合成的材料纯度高,活性高【卜.由 于自蔓延合成法为极短时间内高温原位合成,避免了 常规复合方法中的颗粒界面污染,增强相比例低等问 题,所以特别适合制备金属.陶瓷复合材料.TiC以其 高硬度,高强度,高弹性模量及良好的耐磨性能等优 势,常被用来作为复合材料的陶瓷增强相,如TiC/Fe 等【4]. 以MunirZA为首的研究小组,对电场辅助燃烧 合成过程进行了大量的研究.在他们的研究中,电场 仅仅是用于维持反应的进行【】,并未利用电场来激发 体系发生反应.本研究采用热模拟方法,不仅利用电 场激发体系发生合成反应,同时还利用电场维持燃烧 过程的进行,并就外加电流对Fe.Ti.C体系燃烧合成产 物的物相组成和颗粒尺寸的影响进行了分析. 2实验方法 采用Fe.Ti.C三元系,原材料为纯度gt;98%的还原 铁粉,石墨粉和钛粉,粒度均lt;74ttm.将粉料按质量 分数55%(Ti+C).45%Fe(Ti:C为化学计量比l:1)配制, 在球磨机上充分混合均匀,然后将混合粉料在液压机 上压制,得到相对密度为73%,尺寸为12.8mm× l3.6mm的圆柱坯. 使用Gleeble.1500D热模拟机,采集在实验过程 中的温度场数据,采用频率为20kHz. 在真空条件下,按照设定的外加电流对压坯试样 进行加热,设定的外加电流如表l. 表1压坯试样的加热电流 Table1Heatingcurrentforcompactsamples CompactNo.abcdef Heatingcurrent/X10A1.22.558.51213.5 按设定的外加电流将试样从室温升温至200℃ 保温2min,再以同一电流升至最高温度800℃,保 温6min,快冷以冻结组织.将实验后的终试样沿基轴 线剖开,采用x射线衍射(XRD)检测其物相组成,并 利用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察合成产 物的微观组织结构,测定微区成分. 3实验结果 3.1合成产物的物相组成 热模拟实验后各外加电流下压坯的终试样的X射 线衍射结果见表2.表2表明,压坯试样合成反应的 产物中均有TiC,Fe和少量C相,部分压坯的产物中 出现少量的Fe2Ti相.这说明,第一,利用电场激发 收到初稿日期:2006.07-29;收到修改稿日期:2006.10-18 基金项目:国家自然科学基金青年基金 作者简介:王宏亮,男,1984年生,硕士研究生,四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065,电话:028E.mail: hi.wang@ . 1484.稀有金属材料与工程鱼鲞 了压坯内的化学反应,且主要为生成TiC的反应;第 二,随电场条件的不同,其合成产物的组成存在着一 定的差异. 表2合成产物的相组成 TablePhasecompositionofsynthesizedproduc—— t— s 进一步分析得知,外加电流的变化对体系最终合 成产物的物相组成有很大的影响.当外加电流为1.2 ×10A和2.5×10A时,压坯的合成产物中有TiC相 而没有Fe2Ti相;当外加电流为5×10A,8.5×10A 和12×10A时,压坯的合成产物中不仅有TiC相而 且还存在少量的Fe2Ti相,且Fe2Ti相的衍射强度随电 流的提高而逐渐降低,特别是当外加电流提高到12× 10A时,压坯中Fe2Ti相的衍