Ti-,4-AlN-,3-相形成機理研究.pdf

1、近來，一族三元層狀結(jié)構(gòu)陶瓷Mn+1AXn因它獨特的性能而得到了材料學家和物理學家的廣泛關(guān)注。該類材料兼具陶瓷和金屬的特性，更為重要的是，它們不同于傳統(tǒng)碳化物陶瓷，可以象金屬一樣，用傳統(tǒng)的加工方式進行加工。在Ti—Al—N系統(tǒng)中有兩種重要的三元化合物Ti2AlN和Ti4AlN3。在Ti基二元和三元化合物中，Ti4AlN3具有最高的熱膨脹系數(shù)和常溫熱容，分別為9.7×10—6 K-1和598J/（Kg·K）；此外，在Mn+1AXn家族中它擁

2、有更低的維氏硬度，只有2.5GPa，具有更好的可加工性。這些優(yōu)異性能使其具有廣闊的應用前景。但Ti4AlN3材料的相形成是非常緩慢，它的三元相圖穩(wěn)定區(qū)間狹窄，對溫度和原料配比的要求嚴格。目前報道的合成Ti4AlN3材料的溫度高，時間長，合成成本高。 本課題利用不同燒結(jié)方法對Ti4AlN3材料的合成進行了研究，著重研究了Ti4AlN3的反應過程，以及起始原料、組分和工藝參數(shù)對材料的相含量的影響規(guī)律，在此基礎上，利用優(yōu)化的組分和工藝

3、參數(shù)制備了Ti4AlN3陶瓷。以TiN/Ti/Al為原料，按化學計量比在1400℃真空無壓燒結(jié)時，得到的是以TiN為主晶相，同時含有部分Ti4AlN3的混合材料。當改變原料中TiN的含量，使n（Ti）：n（Al）：n（TiN）=1：1：1.5時，產(chǎn)物的主晶相是Ti4AlN3，同時含有少量TiN的雜質(zhì)存在。適量增加原料中Al的含量，使n（Ti）：n（Al）：n（TiN）=1：1.2：1.5時，Ti4AlN3特征峰強度增強，表明能促進Ti4

4、AlN3的合成，但仍不能消除雜質(zhì)相TiN的存在。在研究不同燒結(jié)溫度對Ti4AlN3相影響規(guī)律時可以發(fā)現(xiàn)，Ti4AlN3的合成過程大致可以分為三個階段：先是Ti粉和Al粉反應合成中間相Ti—Al金屬間化合物；然后后TiN與Ti—Al金屬間化合物反應生成中間相Ti2AlN；最后Ti2AlN和TiN發(fā)生反應生成Ti4AlN3。通過改變燒結(jié)工藝，在30MPa壓力，Ar保護氣氛下，燒結(jié)n（Ti）：n（Al）：n（TiN）=1：1.2：2.6的混合