文章编号：1004-0609(2014)12-3022-09

Ti-Al系合金熔体与TiN润湿行为

李春新，刘许旸，吕学伟，邱贵宝，白晨光

(重庆大学 材料科学与工程学院，重庆 400044)

摘  要：采用通管滴落法研究1758 K温度下Ti-Al系合金熔体与TiN的润湿行为，结果表明：当Al的质量分数为40%、50%、60%、70%和80%时，初始接触角分别为68°、92°、106°、140°和140°，初始接触角对合金成分依赖较大。当Al含量较高时，Al会氧化生成Al₂O₃膜包裹在液滴表面，影响初始接触角的测量，但平衡接触角对合金成分依赖较小，均小于20°，且随Al含量的增加略微减小。由于润湿后试样的界面上富集了大量的Ti和少量的Al而没有明显的化学反应产物存在，且通过计算可知合金中Ti的化学势明显高于基板中Ti的化学势，因此，在化学势差的作用下Ti向界面吸附，促进体系的润湿。此外，当Al含量大于60%时，在铺展的末期Al会显著挥发，但其对平衡接触角的影响较小。在实验中，XRD检测到的AlN和TiAl₃是由于合金与基板接触及N扩散后与合金反应生成，但其生成量很少。

关键词：Ti-Al合金；润湿；氧化；吸附；蒸发

中图分类号：TB331                　   　     文献标志码：A

Wetting behavior of melting Ti-Al alloys with TiN

LI Chun-xin, LIU Xu-yang, Xue-wei, QIU Gui-bao, BAI Chen-guang

(School of Material Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)

Abstract: The wetting behavior of TiN by Ti-Al alloys was studied using an improved sessile drop method at 1758 K. When the mass fractions of aluminum in the alloys are 40%, 50%, 60%, 70% and 80%, the initial contact angle are 68°, 92°, 106°, 140° and 140°, respectively, the initial contact angle has a large dependent on the composition of alloys. When aluminum content is higher than 70%, it could be oxidized to Al₂O₃ film covering the surface of drop. However, the finial equilibrium contact angles are all less than 20°, which slightly decrease with increasing the aluminum content. The interface after wetting is enriched in high content of titanium and low content of aluminum, no reactant is found. Through calculation, it is known that the chemical potential of titanium in alloys is higher than that in TiN. Under this condition, the titanium is adsorbed on the interface which improves the wetting undoubtedly. In addition, when content of aluminum is higher than 60%, Al will evaporate largely during the final period of spreading, but it has little effect on the variation of contact angle. The AlN and TiAl₃ detected by XRD are due to the slightly reaction between alloys and TiN, but the contents are low.

Key words: Ti-Al alloy; wetting; oxidation; adsorption; evaporation

在复合材料的制备过程中，特别是在有液态参与的复合材料制备过程中，液态金属与陶瓷的界面润湿性以及界面产物的性质和分布通常对复合材料的性质影响较大。因此，金属或其合金与陶瓷增强体的润湿性成为当今冶金法制备复合材料的研究热点。Ti-Al合金由于具有密度低、比强度高和耐高温等良好的综合性能而备受关注与重视。目前，研究的以Ti-Al合金为基的复合材料主要有SiC/Ti-Al^[1-2]、Ti₂B/Ti-Al^[3]、TiB/Ti-Al^[4]、TiC/Ti-Al^[5]、Ti₂AlC/Ti-Al^[6]和Al₂O₃/ Ti-Al^[7-8]。此外，TiN作为一种重要的陶瓷材料，同样被认为是金属基复合材料中良好的增强材料^[9-10]。但目前关于TiN增强Ti-Al合金基复合材料的研究还很少。NICHOLAS^[11]认为TiN是一种具有金属特性的陶瓷，这种金属特性决定了TiN与金属的润湿性很好。PING和BRIAN^[12]研究了Cu、Ag及Ti-Cu合金与TiN的润湿性，结果表明：Ag不润湿TiN，Cu可润湿TiN，且在Cu中添加Ti可显著提高Cu与TiN的润湿性，并通过理论计算强调了化学溶解在润湿过程中的重要性；LEQUEUX等^[13]也做了同样的研究，结果与上述类似，纯Cu与TiN的接触角约为60°，当在Cu中添加Ti时，接触角显著降低，当Ti含量达到20%时，接触角接近0°，研究同样将此现象归因于合金向基板中的溶解。此外，RHEE^[14]研究了纯Al与TiN的润湿性，结果表明：Al与TiN的润湿性良好，且界面处有少量的颗粒生成，但并未对产物进行表征；HULTMAN等^[15]采用AES、XTEM和EDS检测手段对纯Al与TiN的界面进行研究，结果表明熔体中生成了大量的Ti-Al化合物，且界面处产生了立方晶格的AlN，因此，认为Al与TiN发生了相互扩散和化学反应，且Al向基板中的扩散速率低于Ti向熔体中的扩散速率，但并没有给出详细扩散机理的理论分析。

本文作者采用通管滴落法对Ti-Al合金与TiN的润湿行为进行研究，通过改变Ti-Al合金中Ti和Al的组成建立起整个Ti-Al体系与TiN润湿性的关系，并结合界面微观结构进一步探索其润湿机理。

1  实验

1.1  Ti-Al合金制备

本实验中所用Ti-Al合金是采用粉末冶金法制备。

合金原料组成及制备参数如表1所列。

首先将高纯钛粉和铝粉按表中比例配好，采用PM100型行星式高能球磨机在Ar保护下进行球磨，转速为200 r/min，球磨时间为10 min，在保证粉料不发生粘结的情况下使其尽量混合均匀。将球磨后的粉料每组称取6 g冷压成直径为2 cm的圆柱体，压力为20 MPa。将压好后的试样放入直径为2 cm的Al₂O₃坩埚内，外套石墨坩埚在真空碳管炉中进行烧结，温度如表1所列。实验前用高纯氩气(99.99%)反复洗炉3次，将烧好后的试样用金刚石研磨盘磨平和抛光，并利用XRD分析其物相，结果表明5组合金的物相组成与理论情况相符。

1.2  接触角测量

本实验接触角的测量采用的是通管滴落法，实验装置如图1所示，该装置主要由加热系统、控温系统、真空系统、滴落系统、照明系统、样品台升降系统和图像采集系统组成。

图1  高温润湿设备原理图

Fig. 1  Schematic diagram of high temperature furnance for wetting experiment

表1  Ti-Al合金制备参数

Table 1  Fabrication parameters of Ti-Al alloys

在本实验中所用的基片为高纯TiN(质量分数为99.93%)，首先用400号、600号、800号、1000号和1200号的金刚石研磨盘依次对TiN进行研磨，并将磨好的基片依次用35、25、15和5 μm的金刚石研磨膏进行抛光，将磨好的基片进行表面粗糙度检测，结果表明粗糙度均在100 nm以内。为保证基片表面洁净，将抛光好的基片放入丙酮中，用超声波反复清洗3次，每次清洗5 min。对于合金试样，首先将其切割成3 mm×3 mm×3 mm的小立方块，同样将其放入丙酮中，用超声波清洗3次，每次5 min。将抛光好的TiN基片置于Al₂O₃支撑台上，通过水平球调节至水平状态，将待熔的合金试样放于顶部的储料管内，保持管的上部成90°，以防止试样滑落。样品放置妥当后，缓慢关上炉盖，用机械泵将炉内压强抽至5×10^-4 Pa，然后通入净化后的高纯Ar至0.8×10⁵ Pa 。启动加热程序，先以20 ℃/min的速率升至1000 ℃，再以9 ℃/min的速率升至1485 ℃，保温20 min，保温可以去除基片表面的气体杂质和抛光产生的机械应力并能获得一个更高的真空度和相对稳定的气氛。在保温结束后，将储料管中的Ti-Al合金块通过Al₂O₃管滴落至TiN基片，同时用分辨率为1504×1000 pixel的CCD数码相机以每隔2 s的速率摄取图像。将合金料完全融化成球的时刻定义为时间零点，当合金停止铺展不再变化时停止拍摄。拍摄后的图像经软件进一步处理便可得到一系列接触角。

2  结果与讨论

图2~4所示分别为在1758 K等温过程中氩气保护气氛下Ti-Al/TiN体系润湿过程中接触角、接触半径和液滴高度随时间的变化关系。

图2  Ti-Al/TiN润湿过程中接触角随时间的变化关系

Fig. 2  Relationship between contact angle and time for Ti-Al/TiN system

图3  Ti-Al/TiN润湿过程中接触半径随时间的变化关系

Fig. 3  Relationship between contact radius and time for Ti-Al/TiN system

图4  Ti-Al/TiN润湿过程中液滴高度随时间的变化关系

Fig. 4  Relationship between height of melting alloys and time for Ti-Al/TiN system

从图中可以将润湿过程大致分为3个阶段：初始平衡阶段(Ⅰ)；液体铺展阶段(Ⅱ)和最终平衡阶段(Ⅲ)。在阶段Ⅰ，对于Al含量低于60%的合金而言，其接触角、接触半径和液滴高度只在最初的几秒内保持不变，随后液滴立即铺展；而当Al含量达到70%和80%时，初始接触角在很长一段时间(约400 s)内保持不变，同时，接触半径不变，液滴高度略微减小。在阶段Ⅱ，液体开始铺展，接触角随时间的延长逐渐减小，接触半径逐渐增加，液滴高度逐渐减小，特别的是当Al含量大于60%时，接触半径先增加随后却反常的减小；在阶段Ⅲ，接触角、接触半径和液滴高度均保持不变，铺展达到平衡。

初始接触角与平衡接触角的关系如图5所示，随Al含量的增加，初始接触角逐渐增大。当Al质量分数为40%、50%和60%时，其初始接触角分别为68°、92°和106°；当Al质量分数增加到70%和80%时，其初始接触角增加到140°。虽然Ti-Al合金与TiN的初始接触角对合金成分表现出较大的依赖性，但最终平衡接触角却基本一致，均小于20°，随Al含量的增加只略微减小。

图5  Ti-Al/TiN润湿过程中初始接触角与平衡接触角随Al含量的变化关系

Fig. 5  Relationship between initial contact angle and finial equilibrium contact angle and Al content for Ti-Al/TiN system

根据Yong’s方程^[16]可知：当σ_sg＞σ_sl时，θ＜90°，接触角θ随液体表面张力σ_lg的增大而增大；当σ_sg＜σ_sl时，θ＞90°，接触角θ随液体表面张力σ_lg的增大而减小。本实验中在测量接触角的同时，为了获得5组不同Al含量Ti-Al合金的表面张力，又补充了5组Ti-Al合金表面张力的测量实验，实验设备如图1所示，基片选用与Ti-Al合金不润湿的Al₂O₃，在1758 K的Ar气保护气氛下采用与上述润湿实验相同的通管滴落法，将摄取的图片运用ADSA(Axisymmetric drop shape analysis)、SESDROPD和FTA32等软件进行处理得到表面张力。实验获得的5组合金表面张力随Al含量的变化关系如图6所示，合金表面张力随Al含量的增加而逐渐降低。此外，NOWAK等^[17]也运用不同的模型计算了在1973 K温度下Ti-Al合金表面张力随Ti的摩尔分数的变化关系，如图6所示，合金表面张力随Al含量增加而逐渐减小，表现出与本实验结果一致的变化趋势。

图6  Ti-Al合金表面张力随Al含量的变化

Fig. 6  Relationship between surface tension of Ti-Al alloys and content of aluminium

因此，根据Yong’s方程，当Al质量分数达到50%时，接触角θ＞90°，若σ_sg＜σ_sl，接触角θ应随Al含量的增加或表面张力的减小而逐渐增加。对于Al含量为70%和80%合金而言，在阶段Ⅰ，其初始接触角在140°保持不变且液滴高度略微减小，这是由于Al的氧化及其氧化膜的自净化反应引起的。Al是一种极易氧化的元素，研究表明在1173 K若要使Al不被氧化，系统的氧分压需要小于临界氧分压(1×10^-34 Pa)^[18]，温度越高此临界氧分压越小。然而，在实际高纯Ar的条件下，系统氧分压大致为10^-8 Pa^[19]，因此，Al的氧化是不可避免的。LIN等^[20]和LOPEZ等^[21]在研究不同Al合金与TiC的润湿行为时，同样发现Al的氧化现象的存在及其对接触角的影响。由于Al₂O₃氧化膜是一种致密的固态薄膜，因此，当其包裹在液体表面时，会阻碍液体的铺展，导致铺展延时。此外，LOPEZ等^[21]曾报道在温度高于1223 K时，Al可与其氧化膜Al₂O₃发生氧化膜的自净化反应如下式所示：

4Al+Al₂O₃=3Al₂O                           (1)

虽然此反应的ΔG=1180020-479.55T，在T＜ 2460 K内，ΔG＞0，但此反应的发生受液体表面氧化膜的厚度、氧分压、温度^[22]及化学成分^[23]等因素共同影响，研究表明当温度在800~1100 ℃时，Al₂O的氧分压为6.419×10^-6~2.46×10^-2 Pa^[24]，因此，根据热力学分析^{[22, 24-25]}，当温度高于800 ℃时，Al的氧化膜自净化反应是可以发生的。如图2所示，在400 s时，氧化膜反应完全，液体开始铺展。Al含量为70%的合金的接触角呈阶梯状递减，在200 s时发生了一次较明显的突变，而Al含量为80%的合金则只在400 s时发生一次突变，这种情况可能与氧化铝的产生量和氧化膜的厚度有关。当Al含量较低时，氧化膜厚度小，稳定性差，在保温过程中会发生Al₂O₃→AlO→Al₂O的逐级转变，当Al含量增大达到80%时，氧化膜变厚，稳定性增高，Al₂O₃氧化膜在较长一段时间内稳定存在。若不考虑氧化膜的影响，对图5中Al含量为40%、50%和60%的3个点进行拟合并延长至Al含量为70%和80%的两点，可得到两个假想的初始接触角为117°和125°，如图5所示，其值明显低于140°，但此结果还有待进一步证明。

在阶段Ⅱ中，接触半径反常减小，由于此现象与Al含量密切相关，当 Al含量为40%和50%时此现象不明显，当Al含量大于60%时，接触半径明显减小。此现象可能与合金中Al的挥发有关。虽然Al的饱和蒸汽压很小，在1758 K时仅为4.9×10^-4 Pa，且在以往关于Al及其合金与不同增强体润湿的研究中也未见关于Al挥发的报导，但郭景杰等^[26]在采用电极熔炼法制备Ti-Al合金时，发现在合金熔点以上的温度范围内，Al随时间的延长逐渐挥发，合金质量逐渐减小，因此，本实验中Al的挥发是有可能的。此外，如图3所示Al的挥发只在接触角达到平衡前的150 s左右开始发生，这是由于在铺展前期合金中的Ti含量较高，阻碍了Al的挥发。随着时间的延长，Ti逐渐向界面富集，当合金中上方的Ti含量减小到一定程度时Al才开始挥发，因此，Al的挥发对接触角的影响也只当Al含量较高时，在液体铺展的末期有略微的贡献。图7所示为上述接触角的动态变化过程。

图8所示为在1758 K等温润湿过程中，五组不同成分的Ti-Al合金与TiN的润湿铺展达到平衡后纵截面的SEM像。从图中可以看出前2组的界面发生了明显的变形，后3组的界面平整无损，但清晰可见一层约5 μm的界面层；此外，还可以看到在5组润湿后试样的TiN基板上均不同程度的存在着一定的孔洞。对上述五组润湿后试样的纵截面进行XRD分析，均不同程度的检测到了AlN和TiAl₃，结果如图9所示。

图7  接触角变化过程示意图

Fig. 7  Schematic diagram of change process of contact angle

图8  不同Al含量的Ti-Al/TiN润湿后纵截面的SEM像

Fig. 8  Interfacial SEM images for Ti-Al/TiN system with different Al contents

进一步对界面处的不同位置进行EDS分析，结果如表2所列，结果表明界面层上富集了大量的Ti和少量的Al，而没有检测到N。虽然通过XRD检测到AlN和TiAl₃的存在，但可能由于其生成量很少，并未形成连续的产物层，因此，化学反应并不是本实验接触角减小的主要影响因素。由于Ti是一种重要的活性元素，若其在界面吸附，必然会提高体系的润湿性，然而，目前关于Ti的吸附作用对体系润湿性影响还存在一定的争议。SAIZ和TOMSIA^[27]认为Ti在界面具有吸附作用，可以显著地提高了体系的润湿性；但KRITSALIS等^[28]认为Ti的吸附作用只在很小程度上促进了体系的润湿性。

图9  不同Al含量的Ti-Al/TiN润湿后纵截面的XRD谱

Fig. 9  XRD results for Ti-Al/TiN system with different Al contents after wetting

表2  在图8中各点EDS的分析结果

Table 2  EDS analysis of different points shown in Fig. 8

本实验中5组润湿后试样的界面上均存在不同程度的富Ti层，且并未发现明显的化学反应和溶解等现象，因此，可以认为Ti在界面处的吸附作用显著地促进了体系的润湿。为了进一步证实Ti的吸附作用，可通过以下热力学计算进行解释。假设基板TiN为Ti和N的固溶体，因此，在合金熔体和固相基板中同时含有Ti时必然存在一个化学势差如下式所示：

                      (1)

式中：和分别为Ti在合金熔体和固相基板中的化学势；为其各自的标准化学势；为其各自的活度；R为摩尔气体常数；T为绝对温度。

根据文献[29]可得液固两相标准化学势差如下式所示：

J/mol             (2)

此外，合金中Ti的活度计算公式如下：

                                 (3)

                         (4)

根据文献[30]可得Ti-Al合金中Ti的超额吉布斯自由能的计算公式如下：

            (5)

式中：L⁽⁰⁾=-41446；L⁽¹⁾=2790；L⁽²⁾=15000。经计算，求得的结果如表3所示。固相TiN中Ti的活度由于缺少热力学数据，无法算出具体的活度值，但根据文献[13]中所报导的在1130 K下TiN_x中Ti的活度可知其值非常小，数据级只有10^-3，因此，可假定式(1)中，则式(1)>>0，Ti在合金中的化学势明显高于基板中Ti的化学势，因此，在化学势差的驱动下Ti在界面吸附并向基板中扩散。当Ti的吸附速率大于扩散速率时，Ti在界面富集，形成一层连续富Ti层。当Ti含量较高时，在界面处发生了明显的溶解，如图8(a)和(b)所示。

表3  合金中Ti的活度计算结果

Table 3  Calculation results of activity of Ti in TiAl alloy

此外，对实验前后的TiN基板进行XRD峰位测试，以Al质量分数为40%的基板为例，如图10所示，润湿后(图中红线)的峰位与润湿前(图中黑线)的峰位相比发生了明显的偏移且趋向于更大的2θ值。

图10  TiN基板润湿前后峰位测试图(Ti-40%Al)

Fig. 10  Details of TiN peaks before and after wetting experiment (Ti-40%Al)

经过计算得到的晶格常数由润湿前的4.253 减小到了4.251 ，根据文献[31]中TiN_x晶格常数与化学计量比的关系可得其化学计量比由原始的0.87减小到0.865，同样的方法依次对另外4组润湿后的TiN基板进行XRD峰位测试，结果与此类似，经计算，化学计量比均不同程度的减小到0.59、0.65、0.61和0.75。此现象与熔体Ti的扩散及基板TiN的分解有关，由于TiN晶格结构与NaCl相似，是一种高熔点稳定的化合物，且熔体中没有发现明显氮元素或氮的化合物的痕迹，只是XRD检测到了AlN的存在，因此，基板TiN_x化学计量比的减小主要归因于熔体中Ti的扩散。

为了明确AlN和TiAl₃的生成机理，对界面处可能发生的化学反应进行热力学计算，结果如表4所示。

表4  界面处可能发生的化学反应

Table 4  Possible chemical reaction on interface

化学式(6)和(7)发生的可能性很小，式(8)最有可能发生。在合金与基板接触时，合金中的Al与TiN发生如式(8)所示的反应，随后Ti向界面富集，且从图3中可以看出纯Al的表面张力比纯Ti的小，根据表面自由能最小原理，Al会向合金表面扩散，因此阻止了Al与基板进一步反应。此外，根据CHEN和SUNDMAN^[32]在1673 K(与本实验中1758 K接近)条件下计算的Ti-Al-N三元相图可以看出：在本实验5组不同Ti-Al成分范围内，随着N含量的增加，Ti₂AlN最先析出，因此，在AlN析出的同时Ti₂AlN必然同时存在，且PIETZKA和SCHUSTER等^[33]也认为Ti₂AlN是一种高熔点化合物，在2223 K以下可以稳定存在，然而，本实验中5组试样润湿后的XRD检测结果表明有AlN存在但未发现Ti₂AlN，分析此现象同样与Ti向界面富集以及Al向表面扩散有关，因此，当基板中的N向合金中扩散时，首先与Ti发生式(10)的反应，然后在与Al接触的位置可发生式(8)的反应。然而，由于Al在后期大量挥发，最终生成的AlN及TiAl₃的量很少，且式(9)直接发生的可能性也很小。

3  结论

1) 不同成分的Ti-Al合金与TiN在润湿过程中，其初始接触角对合金成分依赖较大。当Al质量分数为40%、50%、60%、70%和80%时，其初始接触角分别为68°、92°、106°、140°和140°。然而，平衡接触角对合金成分依赖很小，均小于20°，其随Al的增加只略微减小。

2) 当Al质量分数大于70%时，会发生Al的氧化，从而影响接触角的测量，且Al含量越高氧化膜越致密。

3) 当Al质量分数大于60%时，会发生Al的挥发，但只发生在液体铺展的末期。因此，Al的挥发对接触角的影响较小；当Al质量分数小于50%时，Al几乎不发生挥发。

4) 5组试样润湿后的界面上均富集了大量的Ti 而没有发现明显的化学反应产物。通过比较Ti在熔体与基板中的化学势可知Ti在界面处的吸附显著地促进了体系的润湿。

5) 产物AlN和TiAl₃是由于合金与基板接触及N扩散后与合金反应生成，但AlN和TiAl₃的生成量很少。

REFERENCES

[1] 张 迪, 赵业青, 李焕喜, 马朝丽. SiC纤维增强Ti-Al金属间化合物基复合材料的界面反应[J]. 中国有色金属学报, 2010, 20(S1): s1055-s1059.

ZHANG Di, ZHAO Ye-qing, LI Huan-xi, MA Chao-li. Interfacial reaction of SiC fiber reinforced Ti-Al composites[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(S1): s1055-s1059.

[2] LIU P F, ZHENG J F. A Monte Carlo finite element simulation of damage and failure in SiC/Ti-Al composites[J]. Materials Science and Engineering, 2006, 425(1/2): 260-267.

[3] MEI B C, CHEN Y L, HE L P, YOSHINARI M. Hardness measurement of (TiB₂-TiAl)/TiAl symmetrically function gradient materials[J]. Journal of Wuhan University of Technology-Mater, 2002, 17(1): 1-3.

[4] QIN Ye-xia, ZHANG Di, LU Wei-jie, PAN Wei. Oxidation behavior of in situ synthesized (TiB+TiC)/Ti-Al composites[J]. Materials Letters, 2006, 60(19): 2339-2345.

[5] GU Dong-dong, WANG Zhi-yang, SHEN Yi-fu, LI Qin, LI Yu-fang. In-situ TiC particle reinforced Ti-Al matrix composites: Powder preparation by mechanical alloying and Selective Laser Melting behavior[J]. Applied Surface Science, 2009, 255(22): 9230-9240.

[6] MEI Bing-chu, MIYAMOTO Y. Investigation of TiAl/Ti₂AlC composites prepared by spark plasma sintering[J]. Materials Chemistry and Physics, 2002, 75(1/3): 291-295.

[7] AI Tao-tao. Microstructure and mechanical properties of in-situ synthesized Al₂O₃/TiAl composites[J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2008, 21(6): 559-564.

[8] 王 芬, 艾桃桃, 冯小明, 郭从盛. 原位合成 Al₂O ₃颗粒增强双相 TiAl 基复合材料的组织与性能[J]. 中国有色金属学报, 2007, 17(11): 1849-1854.

WANG Fen, AI Tao-tao, FENG Xiao-ming, GUO Cong-sheng. Microstructure and properties of Al₂O₃/Ti-Al composites through in-situ synthesis method[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2007, 17(11): 1849-1854.

[9] JOHANSSON L. Electronic and structural properties of transition-metal carbide and nitride surfaces[J]. Surface science reports, 1995, 21(5): 177-250.

[10] BALLA V K, BHAT A, BOSE S, AMIT B. Laser processed TiN reinforced Ti₆Al₄V composite coatings[J]. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2012, 28(6): 9-20.

[11] NICHOLAS M G. Joining of ceramics[M]. London: Wiley, 1990: 73-93.

[12] PING X, BRIAN D. Wetting of titanium nitride and titanium carbide by liquid metals[J]. Acta Mater, 1996, 44(1): 307-314.

[13] LEQUEUX S, GUYADEC F L E, BERARDO M, COUDURIER L, EUSTATHOPOULOS N. Wetting and interfacial reaction of Cu and Cu alloys on TiN[J]. High Temperature Capillarity, 1997: 112-118.

[14] RHEE S K. Wetting of ceramics by liquid aluminium[J]. Journal of the American Ceramic Society, 1970, 53(7): 386-389.

[15] HULTMAN L, BENHENDA S, RADNOCZIT G, SUNDGREN J E. Interfacial reactions in single-crystal-TiN(100)/Al/ polycrystalline-TiN multilayer thin films[J]. Thin Solid Films, 1992, 215(2): 152-161.

[16] YONG T. An essay on the cohesion of fluids[J]. Philosophical Transaction Royal Society London, 1805, 95: 65-87.

[17] NOWAK R, LANATA T, SOBCZAK N, RICCI E, GIURA NNO D, NOVAKOVIC R, HOLLAND-MORITZ D, EGRY I. Surface tension of γ-TiAl-based alloys[J]. Journal of Materials Science, 2010, 45(8): 1993-2001.

[18] BARIN I. Thermochemical data of pure substances[M]. Weinheim: Wiley, 1995: 184-204.

[19] YONGTAEG O, FUJINO S, MORIAGA K. Fabrication of transparent silica glass by powder sintering[J]. Science and Technology of Advanced Materials, 2002, 3(4): 297-301.

[20] LIN Qiao-li, SHEN Ping, YANG Long-long, JIN Shen-bao, JIANG Qi-chuan. Wetting of TiC by molten Al at 1123-1323 K[J]. Acta Materialia, 2011, 59(5): 1898-1911.

[21] LOPEZ V H, LEON C A, KENNEDY A R. Spreading mechanism of molten Al-alloys on TiC substrates[J]. Materials Science Form, 2003, 416(418): 395-400.

[22] LAURENT V, CHATAIN D, CHATILLON C, EUSTATH OPOULOS N. Wettability of monocrystalline alumina by aluminium between its melting point and 1273 K[J]. Acta Metallurgica, 1988, 36(7): 1797-1803.

[23] FROUMIN N, FRAGE N, POLAK M, DARIEL M P. Wetting phenomena in the TiC/(Cu-Al) system[J]. Acta Materialia, 2000, 48(7): 1435-1441.

[24] FUJLLI H, NAKAE H, OKADA K. Interfacial reaction wetting in the boron nitride/molten aluminum system[J]. Acta Metallurgica et Materialia, 1993, 41(10): 2963-2971.

[25] HO N H, WU S T. The wettability of molten aluminum on sintered aluminum nitride substrate[J]. Materials Science and Engineering, 1998, 248(1): 120-124.

[26] 郭景杰, 刘 源, 贾 均, 苏彦庆, 丁宏升. Al元素的挥发损失行为[J]. 金属学报, 1999, 35(4): 416-420.

GUO Jing-jie, LIU Yuan, JIA Jun, SU Yan-qing, DING Hong-sheng. Evaporation behavoiur of aluminium[J]. Acta Metallurgica Sinica, 1999, 35(4): 416-420.

[27] SAIZ E, TOMSIA A P. Kinetics of high-temperature spreading[J]. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2005, 9(4): 167-173.

[28] KRITSALIS P, COUDURIER L, EUSTATHOPOULOS N. Contribution to the study of reactive wetting in the CuTi/Al₂O₃ system[J]. Journal of materials science, 1991, 26 (12): 3400-3408.

[29] KAUFMAN L, BERNSTEIN H. Computer calculation of phase diagrams[M]. New York: Academic Press, 1970: 38-47.

[30] IVANCHENKO V G, IVASISHIN O M, SEMIATIN S L. Evaluation of evaporation losses during electron-beam melting of Ti-Al-V alloys[J]. Metallurgical and Materials Transactions B, 2003, 34B: 911-915.

[31] 王 强. TiN和TiC性质的第一性原理研究[D]. 吉林: 吉林大学, 2008: 1-75.

WANG Qiang. First principle research of TiN and TiN[D]. Jilin: Jilin University, 2008: 1-75.

[32] CHEN Q, SUNDMAN B. Thermodynamic assessment of the Ti-Al-N system[J]. Journal of phase equilibria, 1998, 19(2): 146-160.

[33] PIETZKA M A, SCHUSTER J C. Phase equilibria in the quaternary system Ti-Al-C-N[J]. Journal of the American Ceramic Society, 1996, 79(9): 2321-2330.

(编辑  王  超)

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51174243)

收稿日期：2014-03-12；修订日期：2014-09-15

通信作者：吕学伟，副教授；电话：023-65111256；E-mail: lvxuewei@163.com