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1、先进复合材料工艺理论基础第三讲：界面反应主讲人：于家康Tel：88494987(O）88486066（Lab)（M)Email:先进复合材料工艺理论基础-界面提纲引言金属-陶瓷界面反应自生复合材料的界面反应先进复合材料工艺理论基础-界面引言外加复合材料：金属基：C+AlAl4C3陶瓷基：C+SiSiC碳基：聚合物基：先进复合材料工艺理论基础-界面引言自生复合材料：insitumetalmatrixcompositesaluminum,titanium,copper,nickelandiron),andsecond-phaseparticles(includingborides,carbides
2、,nitrides,oxidesandtheirmixtures先进复合材料工艺理论基础-界面金属-陶瓷界面反应铝与陶瓷：3SiO2+4Al2Al2O3+3Si先进复合材料工艺理论基础-界面金属-陶瓷界面反应钛与陶瓷：5Ti+B4C4TiB+TiC先进复合材料工艺理论基础-界面自生复合材料的界面反应自生工艺中的反应自生反应热力学自生陶瓷相的形成机理自生复合材料的显微组织先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应自蔓延高温合成（SHS)Compositionofreactantpowdermixture,measuredmaximumtemperatures,andaveragep
3、ropagationrates先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应放热弥散（XD)先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应反应热压（RHP)3TiO2+4Al+6B2Al2O3+3TiB2MolecularratioofinstartingTiO2AlBmaterialsandnominalcontentofgeneratedphases(vol.%)incompositeproducts先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应燃烧辅助铸造5Ti+B4C4TiB+TiCastoichiometricamountofreactantpowder
4、sisfirstblendedthoroughlyandthencompactedintopellets.Thecompactedpelletandtherequiredamountofmatrixaremeltedandthencastintoagraphitemold.Theceramicreinforcementsareformedinsituduringmeltingviaexothermicreactionsbetweenthereactants先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应直接反应合成（DRS)Ticu+CTiCTicu+B2O3+3CTiB2+3COco
5、mpactsofreactantpowders,aredirectlyaddedintomoltenmetalandtheceramicreinforcingparticlesareformedinsituthroughtheexothermicreactionbetweenreactantsorbetweenreactantandsomecomponentofthemelt先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应熔剂辅助合成（FAS)3K2TiF6+13Al3TiAl3+3KAlF4+K3AlF62KBF4+3AlAlB2+2KAlF4AlB2+TiAl3TiB2+4AlDu
6、ringthesynthesis,mixedsaltsofpotassiumhexafluorotitanate(K2TiF6)andpotassiumtetrafluororate(KBF4)areintroducedintoastirredaluminummeltwithanatomicratioinaccordancewithTi/2B先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应熔剂辅助合成（FAS)先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应反应自发浸渗（RSI)3SiO2+4Al2Al2O3+3SiSiO2particulatepreformplacedins
7、ideaquartztubeof9mmdiameterand15mmlengthisimmersedintheAlmeltAlmatrixcompositesreinforcedwithmicroAl2O3/AlparticlesviareactiveinfiltrationofmoltenAlintopreformsofSiO2orMg+SiO2mixturesat1348K先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-液反应其它金属直接氧化(DIMOX)快速凝固技术(RSP)反应挤压铸造(RSC)先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应气-液-固反应(VLS)2Ti+N22TiN
8、Al4.5Mg6.2Ti(inwt.%)parentalloywasmeltedinaninductionfurnace,andsubsequently,thechamberwasback-filledwithpurifiedargon.Uponreachinganappropriateprocessingtemperature,cleanN2gaswasintroducedintotheAlalloymelt先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-固反应机械合金化(MA)Mechanicalalloying(MA)isasolidstatepowderprocessingmetho
9、dwhichinvolvesrepeatedcolddrawingandfractureofparticlesasaresultofthehighenergyballsamplecollisions.Thismethodcanbeusedtoproducefine-grainedalloyedpowderparticlesinmetalmetalandmetalceramicsystems先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应固-固反应反应热压(RHP)Nominalcontentofgeneratedphases(vol.%)ininsituTi-basedcompositesbya
10、ssuminginsitureactionstakeplacecompletelyinallsystems先进复合材料工艺理论基础-界面自生工艺中的反应液-液反应Theprocessinvolvesthereactionbetweentwometalstreamstoformrefractoryparticles.Twoormorehigh-speed,turbulent,molten-metalstreamscontainingcomponentsofahigh-temperature(ceramic)phase,forexampleCuTiandCuB,aremadetoimpingeup
11、ononeanotherinamixingchamber,resultinginintimatemixingandreactiontoproducethesecondphase.Theresultingmixturecanthenbecastinamoldorrapidlysolidifiedviameltspinningoratomization.ThistechnologyiseffectiveinproducingcoppermatrixcompositesreinforcedwithnanoscaleTiB2particulates(50nm)fortheelectricalappli
12、cations先进复合材料工艺理论基础-界面自生反应热力学AlTiC systemChangeofGibbsfreeenergyGasatemperatureforTiC,Al4C3andAl3Tiformation先进复合材料工艺理论基础-界面自生反应热力学AlTiC systemThermodynamicdataasafunctionoftemperatureforthereaction3Al3Ti(s)+Al4C3(s)3TiC(s)+13Al(l)先进复合材料工艺理论基础-界面自生反应热力学AlTiC systemThermodynamicdataasafunctionoftemper
13、atureforthereaction3Al3Ti(s)+C(s)TiC(s)+3Al(l)先进复合材料工艺理论基础-界面自生反应热力学AlTiB systemAl+2BAlB23Al+TiAl3TiAl3Ti+2BTiB2+3AlTi+2BTiB2先进复合材料工艺理论基础-界面自生反应热力学TiB4C systemChangeofGibbsfreeenergyGasatemperatureforthereactions5Ti+B4C4TiB+TiCand3Ti+B4C2TiB2+TiC,respectively5Ti+B4C4TiB+TiC3Ti+B4C2TiB2+TiC先进复合材料工艺理论
14、基础-界面自生反应热力学TiTiB2 systemChangeofGibbsfreeenergyGandformationenthalpyHasatemperatureforthereactionTiB2+Ti2TiB先进复合材料工艺理论基础-界面自生陶瓷相的形成机理固溶-析出Al-Ti-CAl-Ti-BAl-CAl-B4C先进复合材料工艺理论基础-界面自生陶瓷相的形成机理固-液界面反应ForapowdermixtureofTiNandBTiN+2B+AlTiB2+AlNForthepowdermixtureofTiandB4C,Al3Tiisformedfirst,followedbyare
15、actionbetweenAl3TiandB4C3Al3Ti+B4C2TiB2+TiC+9Al先进复合材料工艺理论基础-界面自生陶瓷相的形成机理熔体中固-固反应Ti2O3(s)+2AlB2(s)2TiB2(s)+-Al2O3(s)3TiO2(s)+3AlB2(s)+Al(l)3TiB2(s)+2-Al2O3(s)先进复合材料工艺理论基础-界面自生复合材料的显微组织OpticalmicrographshowinguniformdistributionoffineAl2O3andTiB2particulatesinaluminummatrix.ThecompositewasfabricatedbytheRHProutefromTiO2AlBsystem先进复合材料工艺理论基础-界面ExperimentalHRTEMimageoftheMgAl2O4/Alinterfaceinthe110projection先进复合材料工艺理论基础-界面高高导导热热材材料料和和电电子子封封装装材材料料HTCM Group谢谢大家谢谢大家 欢迎提问！欢迎提问！先进复合材料工艺理论基础-界面
