Ti-,3-AlC-,2-陶瓷材料的SHS-PHIP制備工藝及其性能與應(yīng)用研究.pdf

1、Ti3AlC2是一種新型的結(jié)構(gòu)與功能一體化材料，兼有金屬與陶瓷的雙重特性，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是用不同制備方法與合成工藝獲得的Ti3AlC2塊體材料在尺寸和性能上均有一定差異。本文在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上首次用自蔓延準(zhǔn)熱等靜壓(SHS/PHIP)法制備出了Φ150mm的Ti3AlC2陶瓷塊體材料，并且對(duì)該材料的相關(guān)性能與應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。 SHS/PHIP法具有節(jié)能、環(huán)保、低成本、高效率、合成與致密化能夠一步完成和產(chǎn)物尺寸大等優(yōu)點(diǎn)

2、。本文通過具體實(shí)驗(yàn)確定了用SHS/PHIP法制備Φ150mm的Ii3AlC2陶瓷塊體材料的最佳工藝參數(shù)(成分配比為3Ti-1.5Al-1.8C、最佳預(yù)制坯相對(duì)密度為52％左右、壓坯軸向壓力為16.5MPa、預(yù)壓力為1.5MPa．、延遲時(shí)間為9s、高壓壓力為70MPa、高溫保壓時(shí)間為32s)，并且分析了工藝參數(shù)對(duì)SHS/PHIP法制備Ti3AlC2陶瓷塊體材料的影響。 本文采用多種實(shí)驗(yàn)方法和分析測(cè)試手段，從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面具體地研

3、究了用SHS/PHP法制備出的大尺寸Ti3AlC2陶瓷塊體材料的微觀組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、抗熱震性能、機(jī)械加工性能、電性能、熱性能、抗氧化性能。研究結(jié)果表明：用SHS/PHIP法制備出的大尺寸Ti3AlC2陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)具有三元層狀可加工碳化物的典型特征。它不但具有非常好的機(jī)械加工性能、高導(dǎo)電性和低熱膨脹系數(shù)，還具有優(yōu)異的力學(xué)性能、抗氧化性能和抗熱震性。 論文提出了用SHS/PHIP法制備出的Ti3AlC2陶瓷塊體材料作為某設(shè)

4、備用電刷材料的設(shè)想，以解決某設(shè)備在工作中存在電信號(hào)采集可靠性差、噪音大、存在“自燃”現(xiàn)象等問題。在自主搭建的模擬某設(shè)備工作的測(cè)試平臺(tái)上，對(duì)Ti3AlC2陶瓷電刷應(yīng)用的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ti3AlC2陶瓷電刷具有較低的載流摩擦系數(shù)(小于0.1)、較小的載流磨損量(約為0.005mm3/h)和穩(wěn)定的滑動(dòng)接觸電壓降。因此，從生產(chǎn)制造成本、可加工性、導(dǎo)電性、載流摩擦特性的角度考慮，用SHS/PHIP法制備出的Ti3AlC2陶

5、瓷塊體材料完全有可能成為某設(shè)備用電刷的候選材料。 論文還提出了用SHS/PHP法制備出的Ti3AlC2陶瓷塊體材料作為電解Al惰性陽(yáng)極材料的設(shè)想，以解決Al電解碳陽(yáng)極在電解過程中溫室氣體排放量大、能耗大等環(huán)境問題。在自主搭建的小型電解槽內(nèi)對(duì)Ti3AlC2惰性陽(yáng)極的應(yīng)用進(jìn)行了可行性驗(yàn)證與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ti3AlC2惰性陽(yáng)極在電解過程中具有較低和較為穩(wěn)定的槽電壓，并且可電解出金屬Al。因此，從生產(chǎn)批量、材料尺寸、導(dǎo)電率、可加工