Y2O3对氧化物结合Ti(C,N)复合材料性能的影响

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.003

耐火材料 ›› 2024, Vol. 58 ›› Issue (3): 195-198.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2024.03.003

Y₂O₃对氧化物结合Ti(C,N)复合材料性能的影响

程旭¹⁾, 邓承继¹⁾, 董博¹⁾, 邹起良¹⁾, 丁军¹⁾, 王周福¹⁾, 朱万政²⁾, 肖语嫣¹⁾, 祝洪喜¹⁾, 余超¹⁾

1)武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉 430081
2)天津炜润达新材料科技有限公司天津 301800

收稿日期:2023-10-27 出版日期:2024-06-15 发布日期:2024-06-21
通讯作者: 余超,男,1986年生,博士,副教授。 E-mail:chaoyu@wust.edu.cn
作者简介:程旭:男,1998年生,博士研究生。 E-mail:xucheng@wust.edu.cn
基金资助:
湖北省重点研发计划(2023BAB106);国家自然科学基金联合基金项目(U21A2057)。

Effect of Y₂O₃ on properties of oxide-bonded Ti(C,N) composites

Cheng Xu, Deng Chengji, Dong Bo, Zou Qiliang, Ding Jun, Wang Zhoufu, Zhu Wanzheng, Xiao Yuyan, Zhu Hongxi, Yu Chao

First author's address: The State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,Hubei,China

Received:2023-10-27 Online:2024-06-15 Published:2024-06-21

摘要/Abstract

摘要： 为探究稀土氧化物对Ti(C,N)复合材料性能的影响,以TiO₂粉、石墨粉和Si粉为原料,Y₂O₃粉为烧结助剂,采用碳热还原氮化法经1 600 ℃高温烧成制备氧化物结合Ti(C,N)材料。研究Y₂O₃添加量(加入质量分数分别为1%、2%、4%)对Ti(C,N)复合材料物相组成、显微形貌及物理性能的影响。结果表明,高温烧后试样的主物相均为Ti(C,N)、Ti₃O₅、α-石英及Y₂Si₂O₇。随Y₂O₃添加量的增大,试样中液相生成量增多,使Ti(C,N)晶粒粗化,Y₂Si₂O₇物相分布不均匀,试样的力学性能受损。当Y₂O₃添加量(w)为1%时,Ti(C,N)晶粒的平均尺寸约为0.76 μm,复合材料具有较高致密度及优异的力学性能,其显气孔率、常温抗折强度和弹性模量分别为0.8%、242.2 MPa和230.3 GPa。

关键词: Y₂O₃, Ti(C,N), 碳热还原氮化法, 常温抗折强度, 晶粒尺寸

Abstract: To investigate the effect of rare earth oxides on the properties of Ti(C,N) composites,oxide-bonded Ti(C,N) materials were prepared by carbothermal reduction nitridation at 1 600 ℃ using TiO₂ powder,graphite powder and Si powder as raw materials,and Y₂O₃ powder as sintering aids.The effect of the Y₂O₃ addition (1%,2%,and 4%,by mass) on the phase composition,microstructure,and physical properties of the Ti(C,N) composites was investigated.The results show that the primary phases in the samples after high-temperature firing are Ti(C,N),Ti₃O₅,α-quartz,and Y₂Si₂O₇.As the Y₂O₃ addition increases,there is a corresponding rise in the production of the liquid phase within the specimens,resulting in coarsening of Ti(C,N) grains and non-uniform distribution of Y₂Si₂O₇,ultimately leading to a degradation in the mechanical properties of the specimens.When the Y₂O₃ addition is 1%,the average size of Ti(C,N) grains is approximately 0.76 μm,the composite exhibits high density and excellent mechanical properties,with the apparent porosity of 0.8%,cold modulus of rupture of 242.2 MPa,and elastic modulus of 230.3 GPa.

Key words: yttria, Ti(C,N), carbothermal reduction nitridation, cold modulus of rupture, grain size

中图分类号:

TQ175

程旭, 邓承继, 董博, 邹起良, 丁军, 王周福, 朱万政, 肖语嫣, 祝洪喜, 余超. Y₂O₃对氧化物结合Ti(C,N)复合材料性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(3): 195-198.

Cheng Xu, Deng Chengji, Dong Bo, Zou Qiliang, Ding Jun, Wang Zhoufu, Zhu Wanzheng, Xiao Yuyan, Zhu Hongxi, Yu Chao. Effect of Y₂O₃ on properties of oxide-bonded Ti(C,N) composites[J]. Refractories, 2024, 58(3): 195-198.

参考文献

[1] 肖玄,陈敏.钛精矿碳热还原制备碳氮化钛的研究[J].钛工业进展,2015,32(4):33-36.
[2] 刘嘉威,古思勇,陈莹,等.水解沉淀-碳热还原氮化法制备碳氮化钛粉末[J].粉末冶金技术,2021,39(1):89-94.
[3] 余鹏飞,叶金文,刘颖,等.几种碳源对碳热还原氮化法制备Ti(C,N)粉末的影响[J].功能材料,2011,42(5):850-853.
[4] 于仁红,王宝玉,蒋明学,等.碳热还原氮化法制备碳氮化钛粉末[J].耐火材料,2006,40(1):9-11.
[5] MATSUDA T,MATSUBARA H.Synthesis of titanium carbonitride nano-powder by carbothermal reduction of TiO₂[J].International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2014,42:1-8.
[6] ZHOU W,ZHENG Y,ZHAO Y J,et al.Fabrication of Ti(C,N)-based cermets by in situ carbothermal reduction of MoO₃ and subsequent liquid sintering[J].Journal of the American Ceramic Society,2017,100(4):1578-1587.
[7] FANG M,CHEN H.Thermodynamic principle of preparing Ti(C,N) by carbon-heat reducing[J].Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy,2006,6:329-336.
[8] 邹起良,邓承继,董博,等.原位生成陶瓷相结合Ti(C,N)复合材料及其性能研究[J].耐火材料,2023,57(2):93-98.
[9] LIU W,TONG W X,HE R X,et al.Effect of the Y₂O₃ additive concentration on the properties of a silicon nitride ceramic substrate[J].Ceramics International,2016,42(16):18641-18647.
[10] 孙万昌,张佩,李攀,等.烧结工艺和Y₂O₃添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响[J].中国有色金属学报,2015,25(5):1277-1284.
[11] 夏淼,孙红刚,李红霞,等.Y₂O₃添加量对SiC-MgAl₂O₄复合材料性能的影响[J].耐火材料,2020,54(5):374-379.
[12] HE L,GAO Y M,LI Y F,et al.Effect of rare earth Y addition on the microstructure and mechanical properties of Ti(C,N)-304ss cermets[J].Journal of Alloys and Compounds,2019,806:1-10.
[13] WISNIEWSKI W,KESHAVARZI A,ZSCHECKEL T,et al.EBSD-based phase identification in glass-ceramics of the Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ system containing α- and β-Y₂Si₂O₇[J].Journal of Alloys and Compounds,2017,699:832-840.
[14] 刘新红,陈花朵,叶方保,等.加入SiC、SiAlON对刚玉-SiC-SiAlON材料组成、结构和力学性能的影响[J].硅酸盐通报,2008(4):715-720.
[15] 赵洋,成来飞,徐永东,等.SiC含量对反应烧结SiC-Si₃N₄复合材料性能的影响[J].耐火材料,2007,41(3):197-200.

Y₂O₃对氧化物结合Ti(C,N)复合材料性能的影响

Effect of Y₂O₃ on properties of oxide-bonded Ti(C,N) composites

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	安佳瑞, 张锐, 范冰冰, 王刚, 杜鹏辉. Sm₂O₃加入量和热处理温度对CA₆-MA材料性能的影响[J]. 耐火材料, 2024, 58(4): 319-322.
[2]	路跃, 刘国齐, 杨文刚, 燕鹏飞, 马渭奎, 李红霞. 烧结助剂对锆酸钙材料性能的影响[J]. 耐火材料, 2023, 57(5): 407-411.
[3]	蔡玮, 鞠茂奇, 陈金凤, 丛培源. SiO₂微粉添加量对Al₂O₃-SiO₂质喷涂料性能的影响[J]. 耐火材料, 2023, 57(3): 241-244.
[4]	任隆宇, 崔妍, 曲殿利, 徐茹慧. 添加Y₂O₃对CaO-MgO-SiO₂体系中CMS的影响[J]. 耐火材料, 2023, 57(1): 41-44.
[5]	郭梦真, 梁永和, 聂建华, 蔡曼菲, 冯立, 鞠茂奇, 刘艳丽, 姜广森, 刘梦玄. 钛铁渣制备含TiCN复合材料及其反应动力学[J]. 耐火材料, 2022, 56(2): 131-136.
[6]	余冬玲, 张会玲, 罗宏斌, 冯晓宇, 吴南星. MgO和Y₂O₃对气压烧结制备氮化硅陶瓷的影响[J]. 耐火材料, 2021, 55(4): 316-318.
[7]	张汪年, 邓宁, 许欢, 赵亚军, 鞠银燕. Co₂O₃对制备CaZrO₃性能的影响[J]. 耐火材料, 2021, 55(3): 213-216.
[8]	赵志龙1）,薛群虎1,2）,丁冬海1）,赵亮1）,田丽萍1）. 溶胶-凝胶法制备ZrO2粉的工艺研究[J]. , 2017, 51(6): 422-425.
[9]	彭强,郭玉香,曲殿利,宋阳,姚焯. 悬浮态煅烧菱镁矿制备高活性轻烧氧化镁[J]. , 2017, 51(4): 264-267.
[10]	陈若愚，李远兵，黄凯，赵义，李淑静，刘芳. 盐酸处理对工业氧化铝煅烧过程中相变的影响[J]. , 2017, 51(3): 186-190.
[11]	余辉,韩兵强,魏耀武,李楠. Zr(OH)4添加量及煅烧温度对CaO砂烧结与抗水化性能的影响[J]. , 2017, 51(2): 100-104.
[12]	李广垠,李志坚,郭玉香,吴锋,徐娜. 煅烧温度对轻烧镁粉显微结构与活性的影响[J]. , 2016, 50(5): 367-369.
[13]	陈平安,李享成,朱伯铨. 合成温度对含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥晶粒尺寸及凝结性能的影响[J]. , 2016, 50(1): 6-9.
[14]	刘会兴1,2），卜景龙1,2），魏恒勇1,2），崔燚1,2），魏颖娜1,2），张利芳1,2,3）. 非水解溶胶-凝胶碳热还原氮化合成TiN粉体的形成过程[J]. , 2015, 49(5): 321-325.
[15]	马啸尘,尹洪峰, 张军战,任耘. 木屑种类对SiO2碳热还原氮化法制备氮化硅粉体的影响[J]. , 2015, 49(2): 96-100.