reaction in the al-tio2-cb4 system and in situ synthesis of an al/(tic+tib2+α-al2o3) composite
TRANSCRIPT
�������� �� �� �� ������������� ��� �� ���� ���������� ����� ��� ����������������������
�� �������� ��� ����� ����� ������ ���
�������������� ��� �� ���� ���� ������ � �� ���������� � ���� ������ �� ����� ���� �� ���� �������������� ��� � ������ ������������� ��������� ����� � � �� ��������� � � ���� ����� ���� �� ����� � �� � ������ ������ �� �� ������� �������� ������ ������ !"#
�� �� ���� �� ����� � � ���� ��� ��� �� � ����� � ��� ���� ����� ����� ��� ��� ����� ������� ����� �� ���� ������� �������� ������ ���� ��$%� &�%'(� ��� )��� ������ �� ����* ��� �� ���� ������ � � �� �� ��������� �������* �������� ������ � �� ������ !+# ,����*��� �*���� � &���'%-� ��� - �� � � ���.�/# $%'(�
�.�"# ����� ���0# ��� �� ���������� � ����� ���$%1&�%'(� �����1&�%'(� ���� ��� �������� � �� ����� �� ������ �2 ���� �� �� �� ����� � �� ��� �� �� &���'%�$+ �*��� ��� �� ��������� �*������ � �� &�3����1��$%1&�%'(�� �� ��� ��� ��� �� �� ���� ����� � � ���� �*��� �� � ��� ���������
4���� �� �� �� 5)� ���� � �� &���'%�$+ �������� � (66 7� ��� � �� �� �* � ����� 5����� ��������� �� ������ ��2 ���� �� ������� �� /"+�+ 7�� � ���� ����� � �� ������ � &�� ��� �� � ������ ��2������ ����� ��� ��� ���� 0/% ��� 6%6 7�� ��� � ������ 8� �� ���� �� � �� ����� � ����� ����� ��� -,5 ������� � �� ������� � ��� ��� ���� �������� �4��� (� ���� �� �� � ������ ��2� �� ����� � ����� �� ���� �� �������� �������� � � �� �� �������$%� ��� ��� �&�%'( ������ 5����� �� � ���� �� ���� ��* �� � ������ ��2 ��� ����� ���� �� � ���������� � �&� �� ������ ���������� ���� �� �� ����� � ��� �� ���� �*��������* ����� �� �� �������� � �� ���� �� (66 7�� � ������ ����� �� �� �� � ������ ��2� ��4���� � ����� �� ���� �� �� 5)� �� �� ��� ��� �
9+0 ��� 6+6 7� ��������* �4��� %����� ��� ��� ���:���� -,5 ����*����
� ����� ���� ���� �� 4���� � � ���� �� 5)� ���������� �� 9+0 7� ��� 6+6 7� �4��� %���� � � � �����* �� ��� ����� � ������ ��2 �� �� �������� � �� � ���������� ;��� � �� ���� �� 4���� %�� ����� ��� ������ � ������ � ������ �� � ����� ��2 ������ ���� �� ���� �� � ��������� ���� 4���� � � ������� �� � �� 5)������ ������� ���� �� � ������ ���� ���� 0/6 ��� 6+6 7� ��* � ������ �� �� � ������ ��2� �� �������������� ��� �� ������� ��������� � �� � ��������2 ������ ��� ��� � ������ �� �������* ������� � � &����� �������� ����� � ��������� � ������� �����* ���� �����
8� �� -,5 ������ � �� ���� ���� � 9+0 7�� ��&�( ����� �� ���� ��$%� ��� �&�%'(� �� ��������* ������ ������� � ��&�( ������� ���� �� � �� ���� ������ � ����� � � ��'% �����<
(&�1(��'% = (��&�( 1 %�&�%'( � �
���� ��� ��� �� ������ �� ���� �� 5)� ������ � ��&���'%�
�0# ��� &���'%�9# �*����� &��� ������ � 6+6 7��
��
��
��
������
�
������ �� ��� � ����� ��� � �� �� �� �� !�"# ���������������������� � ���� � ��� �! ��"#�$ ��%! & �� '���� ��(�)�(� $%%
��># ��� � � ��� ��� � ���� ��� � �� ���� � ��� ���� � ������ ����������������� � � ���� ��� �������� � ���� ������ ����� ��!������� "� #$%������ &� �� %�'� �� ()**+,� �& -��� �./ ��0 12������3� �����/��
�>># 4��� 1��5 �� ��66����� �� ��� " ���� � " ��� � ������� 7���.� ���� � -��� ����� �� �� "�)*,#,*$#
200 400 600 800 1000 1200 1400-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Exothermic
862°C
heating
cooling
1300 °C
1020°C
solidification of Al
melting of Al
618°C
674.4°C
958.0 °C
900.3°CDS
C (
mW
/mg
)
Temperature(°C)
7�� , 8�- �� �� � ��� #*9:;�.(9:4�<(.)+:-�9 6����� �� ��� �� ,$** =- ������1�� �� ������� ���� � ��� � �� � (* =->/��
600 700 800 900 1000
-4
-2
0
2
4
6
1013°C
962°C
967°C
1029°C
863°C
874°C
885°C
melting of Al
exothermic
(c)
(b)
(a)1040°C
948°C
DS
C (
mW
/mg
)
Temperature (°C)
7�� ( 8�- �� ��� � ��� #*9:;�.(9:4�<(.)+:-�9 6������ �� ��� �� ������� ��/.6�� ����� � ��� � �� (* =->/��
��&�( ���� ��������� � �����*� &�������* �� � �� ��������� � �� ��� ��� ������ �� �� � ������ ��2 �����$+ � � � � ���� ���� &� � � �� �������� ������ �� ��� �� � �� �� � ������ ������ �<� 6#
(��&�( 1 �$+ = ���1%��$% 1 9&� �%�
��������� �� ����� ���� �� � �� ��������� # ��� ��?������ ���* ������ �� �� �� �������� ���� �%90 � /66 @ � � �� �� � �� ����� ��� ��������*<
�?�� � � = �A�
%90 ! 4�)� = !9"0 %%6 1 (%(�60%4 �B3� �� �(�
�?�� �%� = �A�
%90 ! 4�)� = !( ( +// ! .0�9("4 �B3� �� �+�
C���� � �A�%90 � � � �� ����� �� �� ������� �������
��� ,���� �� ��� % � � � ������� $ �� �?�� ����� ��
�����* ������ ������ �� ����� ������ ������������� ��������� ���� � �� ����� �� �� ���� �*��������*� ������ ��� ���� �*����� ����*�� ��� ��� ������ � 5)� ������� ���
8� �� � �� ���� ��'% ��� �$+ �� � � ����� ��� �������*����� �� ���� � ��$% ��� �&�%'( �� ����� � �� -,5���� �� 9+0 7�� ���������� ���� � �� � �� �������� ��'% ����$+ ��� ����������� �� ,���� �� ��� % �� ���� ��������� 8� ��� � �� �� � �� 5)� � ������ ��2 ��� -,5����*��� ����� �� 9+0 7� ���� �� �� ����� �� �� ����� ����� ��� �� ��� ��� �� � � ������� �� ,���� � �������� �� ������ ��&�( ��� � � ,���� � %� ����� �� �� ��
� ���� � � ����� �� �� ����� �� � � �� � �� ���� ��� � �� � � � ���� �� � �� � ������ ��2<
+&�1(��'% 1 �$+ = ��� 1%��$%1%�&�%'(
����
�?�4 �.� = �?�
4 � � 1 �?�4 �%� = ! %9 /0/ 1 / � +. 4
�B3� �� �.�
$ �� �A�%90 ��� �?� �� �����* ������ � � ���� D���� �
�� �� ����� ������ �������� ����� �� ������ ������ � 5)� �����
$���� �� ������� &�� ��'%� ��� �$+� � �� ������$6�6%+'% �� ��� ����� �� �� -,5 ������ � �� ����������������� � ��� ������� ���� ��� � ��� ��������*��� ��� �� �������� � � � � � ���� �� � �$+ � ��'%
���� �� �� � �� � �* ���� �������� 8� �� � ����� ���� �� � �� ���� ����� �� ���� ������ ������<
(��$6�6%+'%19&�=(��&�(1%�&�%'(16�6"% $ �/�
%$ 1 ��&�( = ��$% 1 (&� �"�
$�� �� �� ��� � � � � ���� ��� ��� ��$% ��� ����� ��� � ��* ����� �� � �� �������* � � �� ��� ����� � $ �� �� ��$6�6%+'% � �� ����
4���� + �� �� �� -,5 ������ � �� ����� �� ���� ���� �� ����� � ���� � &�3�%E���1+�"E��$%1/�0E�&�%'(� ������ ��� ��� �� ����� � � �� �� � �*��� �� � ��� ��������� '��* ��������� � ��2� � ���� ��$%� �&�%'( ��� &��� ������ ���������� ���� �� &�3����1��$%1�&�%'(� � �� ��� ��� �� �*�����F� ����������* ����� �� ������� ������� ��
4���� . ������ �� �� ����* ���� � ���� �)G8� � ���� ���� � �� ��� ��� � ���� ����� -��* �������� �'� �� ��� � ������ ��������*� �� ��� 2���� � �������� ��� � ������������ ���� ��� ��� ��� ��� ��-��* ��������� ��� ��� ��$% �������� �� ����� ��� ��F� � 6�. � �. ��� ���� �&�%'( �� ��* ��� ����� ����
���$ �* �#���� ���� ���*)�+(+ �, �� �#�-�(.�(��.� �#�/01 ��2�+(*�
��
��
��
�����
��
$%& � ���� � ��� �! ��"#�$ ��%! & �� '���� ��(�)�(� )**23��444���� 5�6"��#��� ������ �� ��� � ����� ��� � �� �� �� ��
20 30 40 50 60 70 80
g ggg
ddd
ddd d
ee e e
e
e e
e
e
ee ef f
ff f f
ff
f ff ff f f
f ffff f f f
b
c
ccc b b bbb a aaa
aa
aa
a
a
TiO2 a
TiB0.024
O2 b
CB4 c
TiC d
TiB2 e
a-A l2O f
TiAl3 g
AlAl
AlAl
AlAl
AlAl
AlAlAl
Al
Al
Al
Al
Al
CP
S
2 Theta (deg)
as
milled
948°C
1040°C
1300°C
3
7�� $ �.� � ��� ����� 6 ������ � ��� #*9:;�.(9:4�<(.)+:-�9 �./����� 6�1.��� �� 6������ �� ��� �� ����� 8�- �� ������� ��/6�� �����
30 40 50 60 70
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
d
dd
d
ef ef ff
ffe ff
TiB2 d
TiC e
α-A l2O
3 f
Al
Al
Al
CP
S
2 Theta (deg)
7�� 9 �.� � ��� ����� 6 ����� � ��� ;�>?(:4�-@9#:4��(@+A:�.;�(<$B ��/.6����� 6��6 ��� �� ����� /�����.�������� ��������� ��� ��
� ( �� �� ��F� &�� �� ��� 2���� � �������� �������������� ������� � ����� � ��� � ����
8� � ������ �� 5)�� -,5 ��� ���� �*����� ����*��������� �� � ���� �� &���'%�$+ ������ ��� ���� �� �� &������� � � �� ���� ��$%� ��� �&�%'( ����� ��� ����� � ��� �� ���� D���� �<
+&�1(��'% 1�$+ � ��� 1%��$%1%�&�%'(
����� �� ��� ���� 0/6 ��� 6+6 7� ��� ��� �� � ������� � ������ ���� �� � �� ��<
(&�1(��'% � (��&�( 1 %�&�%'(
(��&�(1�$+ � ���1%��$% 19&�
H���� �� � ����� � �*���� �� &�3����1��$%1�&�%'(�� �� ��� ��� �� ���� �*�����F� ����������* �� � ��� �������� ���� �* �������D���* ������� � �������
����������
&������� � ��� �99�6E ���� ��� � �� ���� �� �� �� ����� ���������'% � ��� �99�.E ����� ��� �$+ � ��� �99�6E ����� ���� � ������� ��F � "6� (6� (6 ��� ��������*� �� ���� �� � ������ �������� ���� � �������� ��� ����� . ���� �� ���� � �� � ��� ������ ��� ��� ���� ����� � � 6 � ����� � I� )�% �������* ���� ���� �� �� � ���� � ��� � +66 �� ���! ������ �� �� 6�6(6 ���� �� ����� ������ ��� ��� �� � �������� � �� ��������� � ��� ������ ���� �� � ���� � "6�+E&�%+E��'%.�/E�$+ �� �. �� ������ ��� �� ���� �� � %. 7� � ����� ��������� ����
�� ���� &� ��� ���� �� � J�F��� +6+ ���������� �������� ��� ������5)��� ��� � �� � �� ������ ��������� � �� �� � ��� � %6 7�3������ ���� ����� � ��� ������ ���� � � ���� � ..�/E&�(/E��'%0�+E�$+
��� ���� ��� � ������� ��� �99�"E� &� ��� ���� � �� �� 66 7� �� �������� ������� ����� � �������D���* ������� � ������ �%. 2;�� &�������� ������ � ����� �� �� ��� ��� � ��� ��� � ������� �� � � ����� �� �� ���� &�3����1��$%1�&�%'(� � �� ��� ��� * ��� ������ ����� ���������� ��
�� ���� ����� � ��� ������� ����� ���� �� �� 5)� ��� � �� ������ *� �� ���� ����� �� �������D���* ������� � ������ �� ����*F������ � ,���2� 53����$ -��* �������� ��� ���� �� @� ������� � � ��������� ������ & B-&0066, G���� � �� � ���� ����*F� �G��&� ��� ���� ���� � �� ��� ���� ��������� ��� ����������� ����� � �������������� � �� ���� ���
&����!��0 � ��� ,C� (**97�� � !������0 ;����� ($� (**9
�� # -� �� � ��� % � ��� ��� ����� $$� .(/.��%# @� K� �� K� KL� �� '� K��� � ��� ��� ��� ; ����� $$C�
%%"��(# ��� M�� ����B� 5��� J��?��� ��� � ��� ;��
� ��� ����� ),� (++.��+# )� �� �: ��� N� M� ���� ��� ��� ��� ; ����� (C� +9��.# N� M� ��� )� �� �: ������ � ��� 4� � ; ����� (A� 9( ��/# �� 4� 4��� K� 4� *�� ����6� � ��� ����� $+� +/"��"# K� KL� �� '� K��� M� )�� A� K� � � �� 4� 4��� ����6�
� ��� ����� 9)� 6 "��0# N� I� ;���� -� 4� K��� -� 4� $���� % � ��� ��� ����� $C�
//"�
���$ �* �#���� ���� ���*)�+(+ �, �� �#�-�(.�(��.� �#�/01 ��2�+(*�
��
��
��
������
�
������ �� ��� � ����� ��� � �� �� �� �� )**23��444���� 5�6"��#��� � ���� � ��� �! ��"#�$ ��%! & �� '���� ��(�)�(� $%$
a b
c d
7�� ) �������������� � ��� ;�>?4�-@4��(@;�(<$B ��/6����� 6��6 ��� �� ����� /�����.�������� ��������� ��� ��0 ? B ������ �� �������� �/ ��� ?�B < �.� � / 66���� ?�B 4��.� � / 66���� ?�B - �.� � / 66���
�9# 8� ?� ���� A� B� ,��2�� ��� ��� 4��� ����� ,A� 6"�� 6# &� ,� @���*� % � ��� ��� ����� $#� ( "�� # 5� M� B� A�� �� ���� � � �����5 �� ��� ����/���� /�� � �
� ����� ��� ����� ��� ?(�� �������B� ��������* 8������*���������� A ��� $�:���� �����
'��(�������� !���(������ ���!���)�'�������� �� �������(������ "��*��� +�"������������
�� �������� �����7 ���������� ������� ���� ��� ������� ��������
8� �� ���� ����� ��()��% ���� ������� ����� ���� � ����� ��� �� �*�����F� �* ����� �������� �� ��������� �� ����� �������� ������������ �*������ �)A)��� ��� �� ��������� �A8��� � �����D��� ���������� !.# � ������ �� ���� � ��� ������ ���� ��� �� ����* ������� ��()��% ������ �� � � ��� ����� �����������(! (#
��()��% ��� ������* � �� ��������� �� ����� ��� ���������� �� ����� � ��� ����� ���������� ����� ���������* � ���� �� � ������ � ���� ��� ����������+! � (#
A ���� �� �� D���� � �� ���� ��� �� � ���� ��������� �� ������� ������� ���� � ������ � ��� ���� ���(! #
���� �� �� �� � ��� ������� � � � � ���* �� ����� ���� ����� ��������� ��� � ���� �� � � ����� ��� �%�� � ��� �� ����� � ��� ����� � �� ����� �� ��������� �� ����� � ��()��%O 8������� � � �� ��� ����������* � ��� ���������* �� ��()��% ��� ���� � �� �� ���� ����� ��� � � ������� �� ������� �� ����� � ��� ������ ��� �� ������� ���� ��� �� ������ � ��()��% ������ �*�����F� �* )A)� A8� ��� �C5 �����D���� !.�"�0� +! 0#
,����*� � ��� �� � � ��������� �������� ��� ����� ���� �������� �������� ��5)�� � � �� �*������ � ��()��% �������� ���� ���� ����� ���� � ������ 9�%6# A����������� ��������� �� ����� � � � ��� ��� ������ ���� ������ � ���� �� �� ���� �� ��()��% ������ � �����������* � � ��� ������� � %# 8� �� ����� � �2� ���� ����� � ��� ����� ��������� ������ �* �������� � �� ���������� � � ��� ��()��% ������ ������ �*�� �5) �����D� �� � ��* ��� � �� ����� � �� � ���������� �� �� � ���� � �� ����� � � ��()��% ������ � ���� �� ������ ���� ������� �� ������� � ����� ��()��% ������� �������� � �� ���� � ����� � ��������&������ �� ����������0 4���� �� �� �� ������ �
C��2�� ������� � � �� ��()��% ������ � �� ������ � ���4 � � ������ �� � � ���� �* $��� �� � ����0# ��� ��� �� ��� �� �� ������ ;�� �� ������ � �� �� ������ ���� J� ��� �� �������� �� �� ��� ��� ������ � � ��������� ���� �� �� ������ ����� ������ �� ������� � ��()��% ����� ��*������ 8� � � � �� ���� �� � J� %6!.6�������� �� �� ��� � � �� �������* � �� ������ ������� 8� ���� � �� ���� �� 6 J� ��� �������� � ��� �������� ��()��% ������ ��� 6!%6 �������� �� �� ���� 8���� � �� ���� �� ����� ������� � ��()��% ��*����������� ���� ��������� � ��� ��� ������* ����� � � ���������� � � + ?��� ����� �� �������� ���� �� ���� ���������� !.�"�0� +! 0# J��2� � ���� +# �* � �2��� ���� ����� �������*����� ������ �* �C5� ����� �� ��� ���� �� ���� �� ���@� � ������� � ���� ��� ������� � �� ����� ����� �� % . ?�� ��� (+ ?��� ��������*� ������� � ���� # ������ ������ ������ � �������� � � ��� ���� ������������ � ������� � � / ?��� K�� � ����%# ������ ��������� � ��()��%��� � �� ���� �� � ������ � � �� ���� ���� ��� ������� ���� �� ������� � ��� ��()��% � �� + ?��� $��� �� ��� G�,���*�(# � ��� ���� �� ����������� � �� ��()��% ������ ���� ����� ���� � ���� ��������� 90��E �� + ?��� ����� �� �������� ���� �� ����������� �* K�� � ����%# G�,���* � ����"# ������ �� ���� ������� � �� ��()��% ������ ���� ������� ����� ��F� �4?�= + ��P �? �= %66 ���� &� ����� � ��� ��= 66 J�� ��������� �� � + ?��� �������� � �� ����� ��F� �� �������� �������� � � �� �� ����� �� ������� ���� �������� � �� �������� � � �� �� �������� �* �� ����� ��F��� �� �*������* ����� � � � ������������F� ��������
��
��
��
�����
��
$& � ���� � ��� �! ��"#�$ ��%! & �� '���� ��(�)�(� !�"# ��������������������8� ������ �� ��� � ����� ��� � �� �� �� ��
��># ��� �.7 �� ��� 8� � �� ������� �� " ���� � � ��� ���� �� � ���� �� �������D�������� � ��� � &��� ���-������ ;� ��/� � ������������� &� � #(� ,,**,+� ����� ��� � & -��� �./ ��0 2�2� ��3�/� ���8� �.� ���� 8� � ���/���" ���� � D�������� � ;�! ���� D������� � ������� ��4��������� ?;D�4 4���5�B"�� � 5� 9.(.,� ��� ����.5�� ���� �� CA$.A)),� % 6 �
�>># <�� � ��� ������ ?�7 �� ��B 1���� ��5� �� �5��1����� ���% 6 � ������� �� 4��������� ;����� �� 6��!����� 6������.��� � ����1���6 4��� 1��5 1 � 6 ��� ��� ��66����� �� ����6��� � 7������ �� ��� " ���� � ,** �E������� �� 8 4�����6��!���� �� -������ ;� ��/� � ��������
7�� , 8�6������� � F��5��� � ������ �� ��� 66���� �� � �� ������� 4�$��-( � /.6���