电场诱导燃烧合成铁基复合材料及机理研究

摘要

TiC、VC都是铁基复合材料的理想增强体,尽管对燃烧合成TiC增强铁基复合材料的研究相对较多,但都是在高于1000℃条件下进行的.而对于燃烧合成VC增强铁基复合材料的研究目前未见报道.因此,在较低温度下燃烧合成TiC、VC增强铁基复合材料的研究具有创新性和重要的科学价值.本文基于利用电场的大电流直接通过反应物体系来对其急速加热(即大热流密度),不仅利用电场来诱发体系的合成反应,而且还利用电场来维持和控制燃烧反应的进程.由于电场和热场的共同作用,对反应物原子间在低温下的固相扩散有附加贡献,通过促进反应物间的固相扩散来达到降低体系开始反应温度的目的,进而实现在较低温度下燃烧合成铁基复合材料的学术思路.以Fe-Ti-C和Fe-V-C两种体系为研究对象,主要采用Gleeble-1500D热模拟机进行实验,该设备具有易于实现过程控制、可实现动态过程与物相分析的有机结合、获得显微组织与形貌转变信息、自动化和信息化程度高等优点,能够较为准确地反映出瞬间所发生的燃烧合成反应宏观动力学过程,而这也是本论文实验方法的创新之一.而对电场诱导下燃烧合成过程及机理研究的成果不仅为铁基复合材料,而且可推广应用为金属-陶瓷复合材料提供一种新型的低温合成方法,并为此奠定理论基础.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1金属基复合材料的发展与研究现状

1.1.1金属基复合材料的制备技术

1.1.2金属基复合材料的研究现状

1.2铁基复合材料的发展与研究现状

1.2.1 TiC颗粒增强铁基复合材料

1.2.2 VC颗粒增强铁基复合材料

1.3燃烧合成的发展与研究现状

1.3.1燃烧合成的发展

1.3.2燃烧合成的研究现状

1.4本研究的研究背景、目标及意义

1.4.1本研究的研究背景及目标

1.4.2本研究的意义

1.5本论文的研究内容、研究方法及技术路线

1.5.1研究内容

1.5.2研究方法及技术路线

1.6本论文的创新之处

第二章 材料的成分设计及实验方法

2.1试样的成分设计

2.2试样的制备

2.3实验方法

第三章电场诱导Fe-Ti-C体系燃烧合成的特征及热力学分析

3.1实验方法

3.2电场诱导Fe-Ti-C体系燃烧合成特征研究

3.2.1电场作用下体系的燃烧合成特征

3.2.2电场作用下体系的燃烧合成产物

3.3体系燃烧合成的热力学分析

3.3.1体系绝热燃烧温度Tad的计算

3.3.2体系燃烧合成产物的热力学分析

3.4电场在体系燃烧合成中的作用分析

3.5小结

第四章电场诱导Fe-Ti-C体系燃烧合成动力学过程研究

4.1实验方法

4.1.1差示扫描量热法分析(DSC)/热重法(TG)联用

4.1.2高温X射线衍射

4.1.3热模拟实验

4.2体系的DSC/TG分析

4.3体系的高温XRD分析

4.4体系热模拟实验过程解析研究

4.5电场诱导体系燃烧合成动力学过程

4.6小结

第五章压坯成分及密度对电场诱导Fe-Ti-C体系燃烧合成的影响

5.1实验方法

5.2压坯成分对体系燃烧合成的影响

5.2.1压坯成分对升温特性的影响

5.2.2压坯成分对合成产物的影响

5.2.3压坯成分对燃烧合成过程特征的影响

5.2.4电场诱导下FT20压坯实现燃烧合成的可行性研究

5.3压坯密度对体系燃烧合成的影响

5.3.1压坯密度对升温特性的影响

5.3.2压坯密度对合成产物的影响

5.3.3压坯密度对燃烧合成过程特征的影响

5.4小结

第六章加热条件及压力对电场诱导Fe-Ti-C体系燃烧合成的影响

6.1实验方法

6.2预设升温速度对体系燃烧合成的影响

6.2.1电场强度、热流密度与预设升温速度的关系

6.2.2压坯预设升温速度对升温特性的影响

6.2.3压坯预设升温速度对合成产物的影响

6.2.4预设升温速度对体系燃烧合成过程特征的影响

6.3保温过程对体系燃烧合成的影响

6.3.1保温过程对体系燃烧合成的影响

6.3.2保温过程对合成产物的影响

6.4压力对体系燃烧合成的影响

6.4.1压力对体系燃烧合成的影响

6.4.2压力对合成产物的影响

6.5小结

第七章电场诱导Fe-V-C体系燃烧合成的研究

7.1实验方法

7.2电场诱导Fe-V-C体系燃烧合成特征的研究

7.2.1电场作用下体系的燃烧合成特征

7.2.2电场作用下体系的燃烧合成产物

7.3体系燃烧合成的热力学分析

7.3.1体系绝热燃烧温度Tad的计算

7.3.2体系燃烧合成产物的热力学分析

7.4压坯成分对体系燃烧合成的影响

7.4.1压坯成分对体系燃烧合成的影响

7.4.2压坯成分对合成产物的影响

7.5预设升温速度对体系燃烧合成的影响

7.5.1预设升温速度对体系燃烧合成的影响

7.5.2预设升温速度对合成产物的影响

7.6小结

第八章电场诱导燃烧合成铁基复合材料的模型研究

8.1电场诱导燃烧合成铁基复合材料的机理

8.2电场诱导燃烧合成铁基复合材料的数学模型

8.2.1能量守恒方程的建立

8.2.2能量守恒方程中有关参数的说明与计算

8.2.3模型的定解条件

8.2.4对数学模型的讨论

8.3小结

第九章结论

参考文献

攻读博士学位期间公开发表的论文

攻读博士学位期间被授权和公示的专利

攻读博士学位期间主持或参加的科研项目

声明

致 谢