原位合成Ti-,3-AlC-,2--Al-,2-O-,3-復合材料及其性能研究.pdf

1、Ti3AlC2是一種新型的結構陶瓷材料，由于其兼具了金屬和陶瓷材料的諸多優(yōu)異性能而成為材料研究人員研究的焦點。它像金屬材料一樣，在常溫下，有很好的導熱性能和導電性能，相對較低的Vickers硬度和較高的彈性模量，在常溫下有延展性；同時，它具有陶瓷材料的性能，有高的屈服強度、高熔點、高熱穩(wěn)定性和良好的抗氧化性能，在高溫下能保持高強度。更為重要的是，它不同于傳統(tǒng)碳化物陶瓷，可以像金屬一樣，用傳統(tǒng)的加工方式進行加工，并且具有比MoS2和石墨更

2、低的超低摩擦系數(shù)和優(yōu)良的自潤滑性能。這些優(yōu)異的性能使其成為新材料研究中的重要對象。然而，由于其硬度低以及較低的抗蠕變強度，極大地限制了。Ti3AlC2作為高溫結構材料的應用。 在基體材料中引入第二相是一種提高材料性能的方法。Al2O3是一類具有許多優(yōu)良的性能的陶瓷，如高熔點、高硬度、化學穩(wěn)定性好、抗腐蝕性好、具有剛度、耐磨性好、導電導熱等特性。更為重要的是，Al2O3與Ti3AlC2的熱膨脹系數(shù)很接近，因此，在Ti3AlC2基體

3、中引入Al2O3來改善Ti3AlC2材料的硬度和強度，從而制備Ti3AlC2/Al2O3復合材料。 本文采用原位技術結合放電等離子以及熱壓燒結工藝合成Ti3AlC2/Al2O3復合材料，在Ti3AlC2/Al2O3復合材料的合成過程中，添加Si作為合成助劑，在1250℃下和1400℃下生成5-25vol.％不同體積含量的Al2O3，分別采用放電等離子和熱壓燒結工藝合成了Ti3AlC2/Al2O3塊體材料。通過比較分析燒結樣品的X

4、RD圖譜可以看出，SPS燒結雜質(zhì)相較多，熱壓燒結可以得到較純的Ti3AlC2/Al2O3復合材料。因此本實驗采用熱壓工藝制度燒結。研究結果表明： (1)采用原位技術結合熱壓燒結方法在1400℃下，30MPa壓力和保溫2h下燒結，可以得到相對密度達99％以上的致密塊體Ti3AlC2/Al2O3材料；試樣的主晶相為Ti3AlC2和Al2O3兩相，存在少量的TiC雜質(zhì)相。 (2)SEM分析發(fā)現(xiàn)：Ti3AlC2晶體發(fā)育良好，晶體

5、為層狀結構，Al2O3顆粒隨機分散在Ti3AlC2基體相中，晶粒發(fā)育較完善，分布也較均勻；隨著Al2O3的含量增加，層狀晶粒的生長受到進一步的抑制，晶粒尺寸明顯變小，且有少量Al2O3顆粒開始團聚。 研究了Ti3AlC2/Al2O3復合材料的物理性能，常溫化學腐蝕能力以及循環(huán)氧化行為。在Ti3AlC2中添加Al2O3能大幅度提高材料性能，Ti3AlC2/25vol.％Al2O3復合材料的Vickers硬度達到8.7GPa，當Al

6、2O3的體積含量為10％時，抗彎強度為461.10MPa，斷裂韌性為6.20MPa·m1/2。隨著Al2O3體積比含量增加，燒結樣品的電導率呈下降趨勢，從3.05×106S·m-1降低到2.68×106S·m-1；研究了復合材料在酸堿鹽中的腐蝕行為，材料在HNO3中的腐蝕率最大。 Ti3AlC2/Al2O3復合材料在800℃-1000℃空氣中的循環(huán)氧化行為表明，在空氣中循環(huán)氧化30次符合拋物線規(guī)律。氧化拋物線速率常數(shù)分別為1.10×10