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（Ti，Cr）C_x的自蔓延反应路径及其电子结构

作　者: 李视堂
导　师: 王慧远；王金国
学　校: 吉林大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Cr-Ti-C体系反应路径 (Ti,Cr)Cx 第一性原理
分类号: O611.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文研究了Cr–Ti–C体系中(Ti,Cr)Cx的自蔓延反应路径和Cr对Cr–Ti–C体系自蔓延反应过程中相演变的影响,并利用第一性原理研究了TiCx晶格中Cr置换Ti原子对(Ti,Cr)Cx晶胞的影响。Cr–Ti–C体系中(Ti,Cr)Cx的自蔓延反应路径为:在882℃发生α–Ti→β–Ti相转变。β–Ti与Cr之间发生原子扩散,在Ti、Cr颗粒接触面形成以Ti元素为主的(βTi,Cr)壳层,随后,β–Ti和C形成低计量比的TiCx,(βTi,Cr)和C形成(Ti,Cr)Cx。随着温度的升高,TiCx和(Ti,Cr)Cx含量逐渐增加,(βTi,Cr)层包裹在整个Cr颗粒表面并逐渐向内部扩展。由于体系温度提高,以及(βTi,Cr)与C固–固反应释放的热量,(βTi,Cr)局部首先熔化形成Ti–Cr二元液相,大量C原子扩散进Ti–Cr二元液相形成Ti–Cr–C三元液相,自蔓延反应被引燃,析出大量(Ti,Cr)Cx颗粒。部分TiCx在高温下熔化,溶解在Ti–Cr–C液相中,未熔化的TiCx作为(Ti,Cr)Cx形核继续生长。当自蔓延反应结束后,剩余的液相在降温过程中析出CrTi4或者Cr2Ti,以Cr2Ti为主。Cr–Ti–C体系自蔓延反应的引燃机制是(βTi,Cr)与C固–固反应。淬熄试样中的CrTi4和Cr2Ti并不是通过Ti、Cr直接反应形成的,而是先通过固–固扩散反应形成(βTi,Cr),在降温的过程中形成CrTi4和Cr2Ti。(βTi,Cr)中的Cr含量决定着淬熄试样中形成Cr–Ti化合物的种类。空位导致TiCx和(Ti,Cr)Cx的形成能增大,结构稳定性降低;Cr置换Ti原子使(Ti,Cr)Cx的形成能减小,结构的稳定性提高;在一定范围内,Cr原子数目越多,稳定性越好。Cr置换TiCx中的Ti原子时,形成的Cr–C键的长度小于Ti–C键的长度,同时与Cr–C键对应的Ti–C键的长度也变短,导致整个(Ti,Cr)Cx晶格收缩,晶格参数和晶胞体积变小。

全文目录

提要  4-7
第一章绪论  7-23
  1.1 选题意义  7-8
  1.2 Cr–Ti–C 体系自蔓延反应的研究现状  8-17
    1.2.1 Metal–Ti–C 体系自蔓延反应合成TiC_x 的研究现状  9-12
    1.2.2 Cr–Ti–C 体系的自蔓延反应研究现状  12-16
    1.2.3 Cr–Ti–C 体系自蔓延反应路径的研究进展  16-17
  1.3 TiCx 第一性原理计算的研究现状  17-21
    1.3.1 第一性原理的基本理论  17-18
    1.3.2 TiCx 第一性原理研究进展  18-21
  1.4 研究内容  21-23
第二章实验方案  23-27
  2.1 实验材料  23
  2.2 实验方法  23-25
    2.2.1 自蔓延淬熄实验  24
    2.2.2 DTA 实验  24-25
  2.3 检测方法  25
  2.4 计算方法  25-27
第三章 Cr–Ti–C 体系(Ti,Cr)C_x的自蔓延反应路径  27-61
  3.1 Cr–Ti–C 体系自蔓延过程中的相演变  27-36
    3.1.1 5wt.% Cr–Ti–C 体系  27-30
    3.1.2 10wt.% Cr–Ti–C 体系  30-32
    3.1.3 20wt.% Cr–Ti–C 体系  32-34
    3.1.4 30wt.% Cr–Ti–C 体系  34-36
  3.2 Cr–Ti–C 体系中(Ti,Cr)Cx 的自蔓延反应路径分析  36-43
    3.2.1 TiCx 形成  37-38
    3.2.2 Cr_2Ti、CrTi_4 以及(βTi,Cr)的形成和转化  38-40
    3.2.3 液相形成  40-43
  3.3 Cr–Ti–C 淬熄试样的组织结构演变  43-48
    3.3.1 预热区的组织结构  43-44
    3.3.2 燃烧前沿区的组织结构  44-46
    3.3.3 完全反应区的组织结构  46-47
    3.3.4 组织结构演变  47-48
  3.4 Cr–Ti 之间的二元反应  48-56
    3.4.1 Ti–Cr 扩散环的形成  48-54
    3.4.2 Cr_2Ti 相的形成  54-55
    3.4.3 Cr–Ti 二元反应对Cr–Ti–C 体系的自蔓延路径的影响  55-56
  3.5 Cr-Ti-C 体系自蔓延反应路径  56-59
  3.6 小结  59-61
第四章 (Ti,Cr)C_x的电子结构分析  61-73
  4.1 参数选择  61-64
    4.1.1 构建(Ti,Cr)C_x 晶体结构  61-63
    4.1.2 几何优化  63-64
  4.2 结构形成能  64-65
  4.3 晶格参数和晶胞体积  65-69
    4.3.1 空位对(Ti,Cr)C_x 晶格参数和晶胞体积的影响  67-68
    4.3.2 Cr 置换Ti 原子对(Ti,Cr)C_x 晶格参数和晶胞体积的影响.  68-69
  4.4 电子结构  69-70
  4.5 小结  70-73
第五章结论  73-75
参考文献  75-82
攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的科研成果  82-83
致谢  83-84
摘要  84-86
Abstract  86-88

（Ti，Cr）C_x的自蔓延反应路径及其电子结构

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