Ti3AlC2陶瓷材料的合成及其性能的研究.pdf

1、Ti3AlC2三元層狀化合物由于特殊的物理和化學(xué)性能,從而引起了專家們的強烈興趣,一方面它像金屬一樣有較低的硬度和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能;另一方面又像陶瓷一樣具有良好的抗熱沖擊性和高溫抗氧化性能。尤其引人注意的是它具有的優(yōu)異的摩擦磨損性能,從而使它成為許多領(lǐng)域應(yīng)用的潛在研究對象。目前,合成Ti3Alc2材料的方法很多,如熱壓燒結(jié)法、等離子放電燒結(jié)法、自蔓延高溫?zé)Y(jié)法等,但對Ti3A1C2合成機理及反應(yīng)過程還沒有統(tǒng)一的認可,且往往合成的材料中

2、TiC、Ti2AlC等雜質(zhì)相較多,合成溫度較高。因此本文研究了Ti3A1C2材料的合成機理及其性能,為該材料的制各及應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
　　以原料Ti、A1和C的配比為n(Ti):n(A1):n(C)=3:1:2的混合粉料,反應(yīng)合成17i3A1C2陶瓷材料的反應(yīng)過程表明,在反應(yīng)過程中生成的熔融態(tài)Ti3Al金屬化合物作為中問相與c粉反應(yīng)生成Ti2Alc、Tic以及Ti3AlC,其中1"i3AlC為不穩(wěn)定的相,與C粉進一步反應(yīng)生成Ti2A

3、1C、TiC,最終Ti2AIC和TiC在1450℃保溫30rain反應(yīng)合成Ti3AIC2材料,純度達到96.82wt％。因此在此條件下合成Ti3AIC2材料的合成路徑是17i2A1C+TiC→Ti3A1C2。
　　通過對單質(zhì)粉末合成Ti3A1C2材料合成機理的研究,了解到1"i3Al是合成’ri3AIC2的中間產(chǎn)物和主要反應(yīng)物。為此又采用自制的Ti3Al金屬化合物粉末和C粉為原料通過反應(yīng)燒結(jié)法制備了Ti3AIC2材料,結(jié)果表明:①

4、合成17i3AICz材料的最佳合成溫度為1300。C,Ti3A1C2的含量為97.5lⅢ％、氣孔率為13.96％。與Ti、Al、C單質(zhì)粉末為原料合成。Yi3AlC2材料相比,Ti3Alc2的含量不僅提高了0.69wt％,而且合成溫度也降低了150℃。②反應(yīng)物中添加Si不僅可以提高合成材料中Ti3AIC2的含量,而且Si的加入使Ti3A1C2的晶體發(fā)育更加完全、晶粒結(jié)合更加緊密,從而提高了致密性。
　　對Ti3A1C2塊體材料的硬度

5、、電導(dǎo)率以及摩擦磨損性能的測試表明,隨著Ti3A1C2材料氣孔率的降低,其硬度和電導(dǎo)率增加。摩擦系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速或載荷的增加而減小,但磨損率卻增加。在摩擦的過程中,由于摩擦熱導(dǎo)致了1'i3A1C2材料摩擦表面發(fā)生分解、氧化,產(chǎn)生一層氧化膜,這層氧化膜由Ti02、A1203和Fe203組成,在摩擦的過程中這層氧化膜起到了一定的潤滑作用,從而使得Ti3A_lC2塊體材料的摩擦系數(shù)減小。磨損是伴隨著摩擦產(chǎn)生的,Ti3Alc2塊體材料的磨損主要是材