機械活化熱壓制備Cr-,2-AlC材料及性能研究.pdf

1、三元碳化物Cr2AlC在MAX材料家族中具有比Ti3SiC2和Ti3AlC2更好的高溫抗氧化和耐腐蝕性能并且擁有與大多數(shù)合金材料相近的熱膨脹系數(shù),成為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷構(gòu)件和涂層的優(yōu)選材料。目前所采用的熱壓、熱等靜壓以及脈沖放電燒結(jié)等技術(shù)制備的Cr2AlC材料,存在燒結(jié)溫度高(1300-1450℃),致密度低(～95％)以及雜質(zhì)相(Cr7C3或Al4C3等)等問題。
　　 為解決上述問題,本論文主要目的是采用機械活化熱壓合成技術(shù)在較低

2、溫度下制備致密的細晶Cr2AlC陶瓷塊體,并與熱壓制備的Cr2AlC粗晶材料的相關(guān)性能進行對比研究。將Cr,Al和C按摩爾比為2:1.2:1的混合粉末高能球磨3h,在600-1100℃溫度范圍,Ar保護氣氛,30MPa壓力下熱壓燒結(jié)1h。結(jié)果表明,在1100℃成功合成了晶粒尺寸約為2μm的Cr2AlC單一相塊體(簡稱細晶Cr2AlC)。但用熱壓燒結(jié)技術(shù),采用上述相同的配料需要在1450℃-30MPa-1h的條件下才能合成單一相Cr2Al

3、C,晶粒尺寸35μm(簡稱粗晶Cr2AlC)。與熱壓技術(shù)相比,采用機械活化熱壓合成技術(shù),合成溫度降低了350℃;細晶Cr2AlC材料的相對密度為99％,高于粗晶材料的95％。而且細晶材料的彎曲強度和維氏硬度分別達到了513MPa和6.4GPa,高于粗晶Cr2AlC的305MPa和3.5GPa。細晶Cr2AlC材料在900-1200℃溫度范圍氧化100h,結(jié)果表明,Cr2AlC具有優(yōu)異的抗氧化性能,主要原因是氧化過程中形成了一層致密的α-

4、Al2O3保護層。利用掃描電鏡和能譜分析對氧化層形貌、組分等進行了觀察和分析。
　　 此外,本論文首次開展了利用Si取代部分Al形成了Cr2Al(Si)C固溶體的研究。結(jié)果表明,對Cr/1.1Al/0.2Si/C混合料(摩爾比)在1450℃-30MPa-1h條件下熱壓燒結(jié)合成了Cr2Al(Si)C固溶體。固溶體材料的彎曲強度,斷裂韌性和維氏硬度分別為354MPa,6.6MPam1/2和3GPa。尤其是固溶體材料表現(xiàn)出良好的損傷容