第36卷第6期 北京科技大学学报 Vol.36 No.6 2014年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2014 CuO对Ti-C-Al体系自蔓延反应过程的影响 王楠，刘慧敏⑧，韩林峰，于香莲，李志鹏 内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特010051 ☒通信作者，E-mail:huimin_72@163.com 摘要选择T-C-A和TiC-A-Cu0两种体系，采用原位反应近液相线铸造技术，制备铝基复合材料.通过金相显微镜、 扫描电镜和X射线衍射仪研究了复合材料的微观组织.对上述两种体系的反应进行了热力学与动力学分析.进一步研究了 CuO对TiC一AI体系的自蔓延反应过程的作用机理，建立了其反应过程的动力学模型.结果表明：在TiC一A!体系自蔓延反 应过程中，C0和A】的反应可以提高其反应体系的绝热温度，能为该体系反应持续提供热量，使其自蔓延效果更为显著，反应 更加彻底，大大减少条块状的中间产物A1,T,优化了材料组织. 关键词颗粒增强复合材料；金属基复合材料：原位合成：反应动力学：氧化铜 分类号TB333 Effect of CuO on the self-propagating reaction process of Ti-C-Al systems WANG Nan,LIU Hui-ming,HAN Lin-feng,YU Xiang-lian,LI Zhi-peng School of Materials Science and Engineering,Inner Mongolia University of Technology,Huhhot 010051,China Corresponding author,E-mail:huimin_72@163.com ABSTRACT Aluminum matrix composites were prepared using an in-situ reactive near-liquidus casting technique in two systems of Ti-C-Al and Ti-C-Al-CuO.Their microstructure was studied by optical microscopy,scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Thermodynamic analysis on the reaction in the two systems was carried out.The effect of Cuo on the self-propagating reaction process of the Ti-CAl system was discussed,and a kinetic model was set up.It is found that in the self-propagating reaction process of the Ti- C-Al system,the reaction between Cuo and Al is able to enhance the adiabatic temperature of the system and provide the system with sustaining heat,making the self-propagating reaction more remarkable and more completed.As a result,blocky Al,Ti mesophase is ex- tremely decreased,and the microstructure of the composites is optimized. KEY WORDS particle reinforced composites:metallic matrix composites:in-situ processing:reaction kinetics:copper oxides 原位TC颗粒增强的铝基复合材料不仅具有很 的非平衡性和TC生成的温度较中间相AL,T或 高的比模量、比强度和热稳定性等很多优异的物理 AL,C,高B8-0,容易出现条块状的中间产物AL,T 和力学性能，由于TC是在基体中通过反应、形核和 或AL,C,对材料性能造成不利影响1-☒，我国从 长大生成的，因而增强相表面无污染，并与基体结合 20世纪90年代开始，对原位TC增强铝基复合材 良好：增强相TiC细小（<1m),分布相对均匀，并 料开展了大量的研究工作，多数为关于复合材料的 且其晶格常数与AI的非常相近，可以作为α一A!的 制备、组织、性能、后期热处理及其之间关系的研 非均质形核核心从而细化晶粒·-习.但是，采用原 究1-.随着研究的不断深入，复合材料的微观界 位TiC-Al体系制备铝基复合材料时，多是利用 面特征、TC颗粒对复合材料凝固机制的影响a TiC-Al体系的自蔓延反应B-刀，由于自蔓延反应 等新的研究成果不断出现，但关于从促进Ti一C一Al 收稿日期：201303-20 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50661003) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.06.014:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 6 期 2014 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 6 Jun． 2014 CuO 对 Ti--C--Al 体系自蔓延反应过程的影响 王 楠，刘慧敏，韩林峰，于香莲，李志鹏 内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特 010051  通信作者，E-mail: huimin_72@ 163． com 摘 要 选择 Ti--C--Al 和 Ti--C--Al--CuO 两种体系，采用原位反应近液相线铸造技术，制备铝基复合材料． 通过金相显微镜、 扫描电镜和 X 射线衍射仪研究了复合材料的微观组织． 对上述两种体系的反应进行了热力学与动力学分析． 进一步研究了 CuO 对 Ti--C--Al 体系的自蔓延反应过程的作用机理，建立了其反应过程的动力学模型． 结果表明: 在 Ti--C--Al 体系自蔓延反 应过程中，CuO 和 Al 的反应可以提高其反应体系的绝热温度，能为该体系反应持续提供热量，使其自蔓延效果更为显著，反应 更加彻底，大大减少条块状的中间产物 Al3Ti，优化了材料组织． 关键词 颗粒增强复合材料; 金属基复合材料; 原位合成; 反应动力学; 氧化铜 分类号 TB333 Effect of CuO on the self-propagating reaction process of Ti-C-Al systems WANG Nan，LIU Hui-ming ，HAN Lin-feng，YU Xiang-lian，LI Zhi-peng School of Materials Science and Engineering，Inner Mongolia University of Technology，Huhhot 010051，China  Corresponding author，E-mail: huimin_72@ 163． com ABSTＲACT Aluminum matrix composites were prepared using an in-situ reactive near-liquidus casting technique in two systems of Ti-C-Al and Ti-C-Al-CuO． Their microstructure was studied by optical microscopy，scanning electron microscopy and X-ray diffraction． Thermodynamic analysis on the reaction in the two systems was carried out． The effect of CuO on the self-propagating reaction process of the Ti-C-Al system was discussed，and a kinetic model was set up． It is found that in the self-propagating reaction process of the Ti￾C-Al system，the reaction between CuO and Al is able to enhance the adiabatic temperature of the system and provide the system with sustaining heat，making the self-propagating reaction more remarkable and more completed． As a result，blocky Al3Ti mesophase is ex￾tremely decreased，and the microstructure of the composites is optimized． KEY WOＲDS particle reinforced composites; metallic matrix composites; in-situ processing; reaction kinetics; copper oxides 收稿日期: 2013--03--20 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 50661003) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 06． 014; http: / /journals． ustb． edu． cn 原位 TiC 颗粒增强的铝基复合材料不仅具有很 高的比模量、比强度和热稳定性等很多优异的物理 和力学性能，由于 TiC 是在基体中通过反应、形核和 长大生成的，因而增强相表面无污染，并与基体结合 良好; 增强相 TiC 细小 ( ＜ 1 μm) ，分布相对均匀，并 且其晶格常数与 Al 的非常相近，可以作为 α--Al 的 非均质形核核心从而细化晶粒［1 － 2］． 但是，采用原 位 Ti--C--Al 体系制备铝基复合材料时，多是利用 Ti--C--Al 体系的自蔓延反应［3 － 7］，由于自蔓延反应 的非平衡性和 TiC 生成的温度较中间相 Al3 Ti 或 Al4C3高［3，8 － 10］，容易出现条块状的中间产物 Al3 Ti 或 Al4C3，对材料性能造成不利影响［11 － 12］． 我国从 20 世纪 90 年代开始，对原位 TiC 增强铝基复合材 料开展了大量的研究工作，多数为关于复合材料的 制备、组织、性能、后期热处理及其之间关系的研 究［11 － 14］． 随着研究的不断深入，复合材料的微观界 面特征［15］、TiC 颗粒对复合材料凝固机制的影响［16］ 等新的研究成果不断出现，但关于从促进 Ti--C--Al