氧化物增強Ti3SiC2基復合材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、Ti3SiC2材料結(jié)合了金屬和陶瓷的許多優(yōu)良性能，在常溫下有良好的導電性能和導熱性能，高溫下具有塑性，同時，具有高熔點，高的屈服強度，高熱穩(wěn)定性。眾多的優(yōu)良性能使Ti3SiC2可望在電極電刷材料、電接觸材料、低摩擦系數(shù)材料、可加工性陶瓷、熱交換器、特殊機械密封件及高溫結(jié)構(gòu)件等領(lǐng)域得到應用，因此受到材料界的重視。但是純Ti3SiC2材料在1100℃以上抗氧化性較差，同時由于高溫塑性變形，導致其在高溫下的強度降低，使用受限。
　　實驗

2、以Ti粉、TiC粉、Si粉為原料，以Al2O3粉和MgAl2O4粉為添加物，采用反應熱壓燒結(jié)法制備了Ti3SiC2材料、A12O3/Ti3SiC2復合材料和MgAl2O4/Ti3SiC2復合材料。研究了熱壓溫度、添加物種類及其含量對Ti3SiC2基復合材料的相組成、致密度、顯微結(jié)構(gòu)、力學性能影響。此外，通過氧化增重曲線、氧化物相組成、氧化層表面形貌和剖面形貌來分析氧化溫度、添加物種類及含量對Ti3SiC2基復合材料抗氧化性能的影響。研究

3、結(jié)果表明：
　　（1）通過相組成分析和結(jié)構(gòu)觀察可知：①試樣中的主晶相為 Ti3SiC2相和添加相，另外均含有少量TiC相，TiC鑲嵌與層狀的Ti3SiC2中；②提高熱壓溫度有利于Ti3SiC2的生成，但熱壓溫度不宜過高。③在1450℃熱壓溫度下可以制備高純致密的Ti3SiC2基復合材料；④適量Al2O3和MgAl2O4的引入能促進Ti3SiC2的生成。
　　（2）通過對材料進行力學性能研究表明：①層狀 Ti3SiC2材料斷裂

4、過程中會出現(xiàn)穿晶斷裂、內(nèi)部層裂、裂紋偏轉(zhuǎn)以及顆粒拔出等能量吸收機制，有助于材料的彎曲強度和斷裂韌性提高；②提高熱壓溫度，有助于材料彎曲強度和斷裂韌性的提高；③適量添加物的引入，可以提高Ti3SiC2基復合材料的力學性能。但是引入量不宜過高，否則材料力學性能會下降。
　　（3）通過對材料在1100~1500℃室溫氧化的抗氧化性研究表明：①純Ti3SiC2試樣在高溫氧化后主要產(chǎn)物是 TiO2、SiO2，氧化層為雙層結(jié)構(gòu)，外層是 TiO

5、2，內(nèi)層是TiO2與SiO2的兩相混合組成，且氧化層中呈現(xiàn)大量顯氣孔，較為疏松，其高溫抗氧化性較差；②引入Al2O3和MgAl2O4，在高溫氧化時，在細化氧化層晶粒的同時會與TiO2發(fā)生膨脹反應，彌合氣孔，提高氧化層的致密度，從而提高Ti3SiC2復合材料的抗氧化性能；③引入 SiC，在高溫氧化后的 SiO2的含量增加，在氧化層表面形成一層均勻的保護膜，阻止 O原子進一步向內(nèi)部擴散，同時形成的高溫液相增多，更容易填充氣孔，所以具有更好的