碳化鈦陶瓷及應用

前言

人類的日常生活離不開陶瓷，而現(xiàn)代文明新技術、新材料，諸如電子技術、計算機技術、航空航天技術等都離不開陶瓷材料，它廣泛應用于工業(yè)、環(huán)境保護、國防工業(yè)等各個領域。碳化鈦作為重要的陶瓷材料，其熔點高、硬度大、化學穩(wěn)定性好，主要用來制造金屬陶瓷、耐熱合金和硬質合金。碳化鈦作為原料，在機械、化工和微電子、國防工業(yè)等高新技術領域中有著廣泛的應用。關于碳化鈦陶瓷,尤其是碳化鈦粉體的制備方法的科技書很少。我們參考了國內外有關文獻和著作，同時主要結合自己在完成科研項目工作實踐的基礎上撰寫了這本書。本書緊密結合國內外學術研究的前沿，描述了碳化鈦粉體的制備及碳化鈦復合材料制備的最新研究動態(tài)和成果。全書共分五章：第一章系統(tǒng)地介紹了碳化鈦陶瓷的結構、性能及陶瓷材料的力學性能、熱學性能；第二章介紹了碳化鈦粉體的制備方法及其原理；第三章系統(tǒng)研究了微波合成納米碳化鈦粉體的工藝及其動力學、熱力學過程；第四章介紹了碳化鈦及其復合材料的燒結方法；第五章詳細地介紹了碳化鈦陶瓷在各個工業(yè)領域的應用。書中內容特別是關于微波合成納米碳化鈦粉體制備的部分，是作者多年來從事研究工作的成果。本書由景德鎮(zhèn)陶瓷學院材料學院劉陽、華南理工大學材料學院曾令可共同編著。特別要感謝華南理工大學材料學院副院長、博士生導師、廣東省陶瓷協(xié)會副會長吳建青教授，在百忙中為本書寫序。雖然我們力求把最新的科研成果和信息奉獻給讀者，但本書所介紹的內容仍難以涵蓋碳化鈦陶瓷的所有應用領域、制備方法等，而且由于作者的學識有限，所闡述的內容難免有不當之處，敬請讀者給予指正。

內容概要

本書是作者多年從事碳化鈦陶瓷和粉體研究的基礎上經過提煉的力作，是碳化鈦陶瓷及超微粉體制備和應用方面的一本專著。    作者從碳化鈦的結構、物理和化學性質、熱力學性質等入手，系統(tǒng)介紹了碳化鈦粉體的合成方法和碳化鈦陶瓷的制備方法，介紹了碳化鈦在制備復相材料、涂層材料、泡沫陶瓷材料、紅外輻射陶瓷材料及金屬陶瓷中的應用原理與方法。特別值得提到的是作者根據自己大量的研究實踐，從碳化鈦合成的熱力學和動力學出發(fā)，詳細分析了微波合成納米碳化鈦粉體的機理。對微波合成碳化鈦粉體及碳化鈦陶瓷的燒結的闡述清晰、深入，填補了這方面的空白。    本書理論與實踐相結合，內容新穎，素材翔實，比較全面地介紹了碳化鈦陶瓷、碳化鈦超微粉體的制備和應用技術，可供從事碳化鈦材料制備和應用及相關產業(yè)的科技工作者及工程技術人員參考閱讀。

書籍目錄

第一章  碳化鈦的性能  1.1  緒論  1.2  碳化鈦的基本特性  1.3  碳化鈦的結構、物理及熱力學性質  1.4  碳化鈦結構、性能與化學鍵  1.5  陶瓷材料的力學性能    1.5.1  強度    1.5.2  斷裂韌性    1.5.3  彈性模量    1.5.4  硬度  1.6  陶瓷材料的熱學性能    1.6.1  比熱容    1.6.2  導熱性    1.6.3  熱膨脹性    1.6.4  抗熱震性  參考文獻第二章  碳化鈦粉體的制備  2.1  碳熱還原法  2.2  鎂熱還原法  2.3  高鈦渣提取碳化法  2.4  直接碳化法  2.5  化學氣相沉積  2.6  高溫自蔓延合成法（SHS）  2.7  反應球磨技術制備納米碳化鈦粉體  2.8  熔融金屬浴中合成法  2.9  電火花熔蝕法  2.10  微波合成法　參考文獻第三章  微波合成納米碳化鈦粉體  3.1  微波加熱的理論    3.1.1  微波加熱的理論及其與物質的相互作用    3.1.2  微波加熱的特點    3.1.3  微波燒結設備    3.1.4  微波能的應用    3.1.5  微波燒結的研究方向  3.2  實驗過程與方法    3.2.1  原料與配方    3.2.2  制備工藝    3.2.3  試樣的測試與表征  3.3  制備工藝對微波合成納米碳化鈦的影響    3.3.1  合成溫度及保溫時間的影響    3.3.2  原料的影響    3.3.3  微波合成碳化鈦的純度分析    3.3.4  微波合成的均勻性分析    3.3.5  氣氛對微波合成的影響    3.3.6  常規(guī)合成碳化鈦    3.3.7  小結  3.4  微波合成納米碳化鈦的熱力學研究    3.4.1  熱力學基本原理    3.4.2  熱力學研究    3.4.3  小結  3.5  微波合成納米碳化鈦的動力學研究    3.5.1  基本原理    3.5.2  實驗方法    3.5.3  結果分析    3.5.4  小結  3.6  微波合成納米碳化鈦反應機理分析    3.6.1  介質在電場中的行為    3.6.2  機理分析    3.6.3  小結  3.7  碳化鈦粉體的熱分析    3.7.1  試樣準備    3.7.2  結果分析    3.7.3  小結  參考文獻第四章  碳化鈦陶瓷的燒結  4.1  熱壓燒結    4.1.1  熱壓燒結的優(yōu)點    4.1.2  熱壓燒結參數的選擇    4.1.3  熱壓燒結的發(fā)展  4.2  真空燒結  4.3  熱等靜壓燒結  4.4  自蔓延高溫燒結  4.5  微波燒結  4.6  放電等離子燒結  4.7  等離子體燒結  參考文獻第五章  碳化鈦陶瓷的應用  5.1  碳化鈦刀具材料  5.2  碳化鈦宇航材料  5.3  碳化鈦用于堆焊焊條  5.4  碳化鈦用于涂層材料    5.4.1  金剛石涂層    5.4.2  聚變堆中的抗氚涂層    5.4.3  電接觸材料涂層    5.4.4  掘進機截齒涂層  5.5  碳化鈦用于制備泡沫陶瓷  5.6  碳化鈦在紅外輻射陶瓷材料方面的應用  5.7  碳化鈦基金屬陶瓷　參考文獻

章節(jié)摘錄

碳化鈦是典型的過渡金屬碳化物。它的鍵型是由離子鍵、共價鍵和金屬鍵混合在同一晶體結構中，因此碳化鈦具有許多獨特的性能。晶體的結構決定了碳化鈦具有高硬度、高熔點、耐磨損以及導電性等基本特征。碳化鈦陶瓷是鈦、鋯、鉻過渡金屬碳化物中發(fā)展最廣的材料。從碳化鈦的粉體、塊體到薄膜均進行了廣泛的研究。在氧化鋁硬質分散相組成的復相材料中，以氧化鋁—碳化鈦復相陶瓷的效果為好，碳化鈦可以抑制燒結時氧化鋁晶粒的長大，阻礙裂紋擴展；碳化鈦與某些金屬具有良好的潤濕性，碳化鈦陶瓷發(fā)展得較快，碳化鈦是金屬基復合材料中的重要增強劑，它的產品在機械、電子、化工、環(huán)境保護、聚變反應堆、國防工業(yè)等許多領域得到廣泛的應用。合成碳化鈦粉體最廉價的方法是利用二氧化鈦和炭黑在惰性或還原氣氛中高溫（1700～2100℃）合成。但用這種方法合成的碳化鈦成塊狀，合成后仍需球磨加工才能制成粉體，而且加工后的粉體粒度只能達到微米級。除此之外，碳化鈦粉體的合成還有許多方法，如鎂熱還原法、高鈦渣提取碳化法、直接碳化法、高溫自蔓延合成法、反應球磨技術制備法、熔融金屬浴中合成法、電火花熔蝕法等。碳化鈦及其復合材料作為特種陶瓷材料的一部分，正確地選擇其燒結方法，是獲得具有理想結構及預定性能的關鍵。如在通常的大氣壓下（無特殊氣氛、常壓下）燒結，無論怎樣選擇燒結條件，也很難獲得無氣孔或高強度的制品。因此碳化鈦陶瓷及其復合材料通常不采用常壓燒結的方法，而是采甩熱壓燒結、熱等靜壓燒結、真空燒結、自蔓延高溫燒結、微波燒結、放電等離子燒結、等離子體燒結等方法進行燒結。

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