XD合成Al2O3,TiB2-Al复合材料的热力学分析

［文章编号］!""#$"%"&（’""!）"($"()’$"#

!"合成#$%&’，()*%+#$复合材料的热力学分析!

朱和国!，’，吴申庆!，王恒志’

（!*东南大学材料科学与工程系，南京’!""&%；’*南京理工大学材料科学与工程系，南京’!""&#）

［摘要］从热力学的角度讨论了原位反应生成+,

’

-(和./0’陶瓷粒子增强铝基复合材料的合成机理。结果表

明，在+,1./-

’

10体系中，以一定的加热速率加热至!"2(3左右时，+,与./-’之间首先发生铝热反应，反应产生出

活性钛原子并形成+,1./10反应系；+,0

’和+,

(

./均系反应中间产物，+,0’在!’""3左右时分解为+,和0，+,(./被

0还原，当0的加入量（摩尔）是./-’的两倍左右时，+,(./基本消失，最终生成+,’-(和./0’陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。

［关键词］原位反应；陶瓷粒子；热力学

［中图分类号］.0((!［文献标识码］+

原位反应生成物表面干净，无污染，与基体的相容性好，其磨损性能、力学性能均有明显提高［!4(］。特别是56（789:;<=>/?6/@A<=@/9B）法它不需要点火装置，因而结构简单，成本低，操作方便，已被用于制备高温陶瓷粒子增强的复合材料。原位反应的关键在于增强相组元之间的化学反应，而化学反应需要具备一定的热力学和动力学条件，可通过控制影响化学反应的热力学条件因素来调节反应产物（增强相）的组织形态、分布情况，从而制备出所需要的自生复合材料。

因反应过程复杂，研究比较困难，文献［#］通过淬冷的方法研究了C<1./1D系在反应过程中组织结构的演变规律及./D在C<和./中不同的形成机理。文献［E］分析了0

’

-(与FG1H/合金反应的动力

学及热力学，认为0

’

-(与FG1H/的反应温度与FG1 H/的熔点相近，且反应速度快，生成物FG-均匀分布于基体中。此外，也有学者对+,1./1D［%，2］，DI-1 +,［)］，./-’1J(0-(1KL+,C%1+,1#*EDI［&］，+,1KM1D［!"］等系的反应热力学及反应机理进行了研究，但对+,1 ./-’10的热力学研究尚未见报道，本文作者就此作一探讨。

,试验方法

实验采用+,粉、./-

’

粉及0粉，其纯度分别为&&*%N，&&*"N，&&*&N，粒度分别为E"4!""!>，’4(!>，’4(!>。将粉末按一定的质量百分比混合，挤压成坯，再将压坯置于真空反应炉中，抽真空、充氩，反复进行多次，最后充氩至"*#OL左右，以一定的升温速率预热压坯；通过检视窗口发现，在加热至!"2(3左右时压坯发生了剧烈的化学反应，经保温一段时间后，冷却至室温，制成试样，通过5射线衍射、扫描电镜观察、能谱等进行显微组织分析。

%结果与讨论

%*,反应结果

在+,1./-

’

体系中，以一定的升温速率预热至! "2(3左右时，压坯发生了如下的反应：

+,P./-!

!!

’

+,’-(P［./］（!）［./］!

!!

P+,+,(./（’）反应产物（见图!（L））呈(种形态：棒状物、细小颗粒及暗色背底。5射线衍射分析（图!（M））和能

谱分析得知棒状物为+,

(

./，暗色背底为铝基体，细

小颗粒是+,

’

-(。随着硼粉的加入增多，反应持续时

间延长，基体组织细化，棒状物+,

(

./逐渐被硼还原，棒的边缘不再光滑，且其表面还有少量的反应

产物。当0Q./-

’

摩尔比为’时，棒状物基本消失，5射线衍射分析（图’（M））进一步证明了这一点，此

时的反应产物为+,

’

-(和./0’，其中./0’颗粒尺寸细小，为纳米级（图’（L））。

第!!卷第(期R9,*!!K9*(

中国有色金属学报

(-./-)0.1.234506$378307.553419.:6$1

’""!年%月

SIB*’""!

"［基金项目］江苏省自然科学基金资助项目（03’"""""(）

［收稿日期］’"""$!"$!E；［修订日期］’"""$!’$’’［作者简介］朱和国（!&%($），男，讲师，博士研究生*万方数据