自蔓延法制備3Ti-Si-Al-2C系結(jié)合劑超硬復(fù)合材料及其機理的研究.pdf

1、Ti3SiC2、Ti3AlC2三元相材料以其獨特的結(jié)構(gòu)，同時具備陶瓷和金屬的優(yōu)異性能：低密度，高熔點，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，優(yōu)異的抗氧化、抗熱震性能，耐腐蝕，易于加工等。自蔓延燒結(jié)技術(shù)具有設(shè)備工藝簡單，節(jié)能高效等優(yōu)點。本研究將兩者優(yōu)勢結(jié)合，利用自蔓延燒結(jié)技術(shù)制備3Ti-Si/Al-2C系結(jié)合劑超硬復(fù)合材料，并探討復(fù)合材料的合成反應(yīng)機理。研究結(jié)合劑起始原料、原料配比、磨料濃度對復(fù)合材料的相組成、顯微結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)反應(yīng)過程、性能的影響。

2、>　　本研究以Ti/Si/C、Ti/TiC/Si、Ti/Al/C和Ti/TiC/Al為原料添加一定體積濃度的磨料自蔓延燒結(jié)制備3Ti-Si/Al-2C系超硬復(fù)合材料，通過XRD、SEM對復(fù)合材料進行物相分析和形貌分析。結(jié)果表明，以Ti、C為Ti源、C源更有利于三元相的自蔓延燒結(jié)合成；對于3Ti-Si-2C系超硬復(fù)合材料，添加過量Si對Ti3SiC2的合成并無積極促進作用，而添加少量Al粉則對其有促進作用；對于3Ti-Al-2C系超硬復(fù)合

3、材料，提高Al含量有助于促進Ti3AlC2的合成及晶體發(fā)育；復(fù)合材料中磨料參與體系反應(yīng)，實現(xiàn)磨料與結(jié)合劑的化學(xué)鍵合；磨料對體系反應(yīng)的影響依賴于三元相的合成，體系反應(yīng)越充分，則磨料對三元相的合成影響越??；反之，磨料則會抑制三元相的合成。
　　通過熱力學(xué)計算和DSC/TG分析，研究Ti3SiC2、Ti3AlC2材料的合成反應(yīng)機制，以及磨料與結(jié)合劑界面反應(yīng)機理。Ti3SiC2與Ti3AlC2的合成均為固-液反應(yīng)，通過外部加熱觸發(fā)原料間的

4、高放熱反應(yīng)，合成中間產(chǎn)物 Ti-Si/Ti-Al化合物、TiC，前者在高溫下熔融形成液相，與生成或原有的固相TiC反應(yīng)合成三元相。金剛石能夠直接參與體系反應(yīng)，表面C元素與Ti反應(yīng)形成TiC，TiC再和周圍Ti-Si固溶體反應(yīng)，自金剛石表面生長出層片狀的三元相晶體。立方氮化硼則是與Ti、Al發(fā)生反應(yīng)，在立方氮化硼與結(jié)合劑之間形成硼化物、氮化物的過渡層。
　　對復(fù)合材料進行硬度、磨削測試，結(jié)果表明，提高復(fù)合材料中三元相含量有利于提高材