Ti_(3)SiC_(2)陶瓷材料制备方法研究进展

作为MAX相家族重要成员,钛硅化碳Ti_(3)SiC_(2)除了具有耐高温、抗氧化性能外,还具有与金属类似的优异导电性、导热性和可加工性,在电接触材料、热交换器构件材料、润滑材料等领域展现出较大的应用潜力,成为当前一种备受关注的新型陶瓷材料。现有的Ti_(3)SiC_(2)制备方法主要有无压烧结、热压烧结、热等静压、放电等离子烧结、前驱体转换陶瓷、反应熔体浸渗法、熔盐法、化学气相沉积、物理气相沉积等。本文首先阐述了Ti_(3)SiC_(2)材料的结构与性能,然后重点综述了国内外Ti_(3)SiC_(2)陶瓷材料的制备方法,最后展望了Ti_(3)SiC_(2)陶瓷材料的应用前景。

Ti_(3)SiC_(2)基复合材料的研究进展

Ti_(3)SiC_(2)作为一种新型金属陶瓷材料,集金属和陶瓷特性于一身,如具有高热导率、高熔点、高屈服强度、良好的热稳定性、高弹性模量、优异的抗热震性等。但纯Ti_(3)SiC_(2)材料在高于1100℃时抗氧化性较差,同时由于高温塑性变形导致其在高温下的强度降低,其使用范围受到限制。目前,一般通过引入增强相来制备综合性能优异的Ti_(3)SiC_(2)基复合材料。重点综述了近年来Ti_(3)SiC_(2)基复合材料的研究现状,分析了常见的几种Ti_(3)SiC_(2)基复合材料的制备方法、增强相及复合材料的各项性能,并提出了进一步的发展方向。

前驱体转化陶瓷法制备Ti_(3)SiC_(2)陶瓷及其热稳定性研究

Ti_(3)SiC_(2)具有良好的高温稳定性,可作为改性材料来提高C/C复合材料的抗氧化性能,应用潜力巨大。本工作以钛粉和液态聚碳硅烷(Liquid Polycarbosilane,LPCS)作为原料,采用前驱体转化陶瓷(Polymer Derived Ceramics,PDC)法在1200、1300、1400、1500℃下制备了四种相含量的Ti_(3)SiC_(2)陶瓷,研究了烧结温度对其物相组成及形貌的影响,以及不同Ti_(3)SiC_(2)相含量对陶瓷材料的抗氧化和抗热震性能的影响。结果表明,在Ti:Si物质的量比为3:1.5,烧结温度为1300、1400、1500℃条件下,均有层状结构的Ti_(3)SiC_(2)生成。当烧结温度为1400℃时,陶瓷产物中Ti_(3)SiC_(2)质量分数达到92.10%,抗弯强度达172.68 MPa。在1300℃静态空气环境下氧化7 h,陶瓷氧化增重随Ti_(3)SiC_(2)相含量增大而逐渐降低,这是由于氧化过程中材料表面生成了以TiO_(2)为主相的保护膜,有效延缓了氧气向内部扩散。对试样进行1300℃空气热震和抗弯强度测试发现,随着热震次数的增加,所有材料的残余强度均有所下降;但随着Ti_(3)SiC_(2)相含量增大,试样的抗热震性能和残余强度均提高。Ti_(3)SiC_(2)相质量分数为92.10%的试样经过30次热震后失重30.66%,残余强度为120.18 MPa,这主要归因于层状结构的Ti_(3)SiC_(2)大幅增加了裂纹扩展路径及其良好的抗氧化性能。

Ni-Al辅助微波自蔓延烧结制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料工艺研究

为降低金刚石磨削工具的制造成本和能耗,探寻一种在低能耗下实现高性能陶瓷结合剂金刚石磨具的制备工艺,同时研究助燃剂Si和金刚石粒度等因素对样品物相组成、显微形貌和磨削性能的影响。采用Ti、Si、石墨粉和金刚石磨料作为原料,经冷压成型至生胚,通过Ni-Al辅助在微波场加热诱发Ti-Si-C体系发生自蔓延高温合成(SHS)反应以制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料。结果表明,高热值Ni-Al合金辅助可以缩短样品的烧结时间,还可以将诱发SHS反应的温度点控制在金刚石石墨化温度以下。在Ar保护气氛下,Ti-Si-C体系发生SHS反应,可生成Ti_(3)SiC_(2)、TiC和Ti5Si3等3种物相。随Si含量升高,Ti_(3)SiC_(2)相先增多后减少,当n(Ti):n(Si):n(C)=3∶1.1∶2时,复合材料的磨削性能最佳,磨耗比最高可达286.53。分析不同原料配比下的试样磨耗比差异的产生机制,认为基体组织中存在微小且分布均匀的气孔结构,在磨削时可产生大区域的平整磨削面,易于发挥金刚石磨料的磨削效果,有利于提升复合材料样品的磨削性能。

La_(2)O_(3)掺杂Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的制备与性能

铜合金作为热管理材料长期服役时,会出现冷-热循环条件下的结构性失效问题,因此考虑将具有低膨胀系数的MAX相材料引入到铜合金中,来降低复合材料的热膨胀性。Ti_(3)SiC_(2)是一种兼具陶瓷和金属的优良特性的三元层状陶瓷材料,具有自润滑、高韧性、高导电性等特点。作为增强相,Ti_(3)SiC_(2)能够提高Cu基复合材料的摩擦性能,降低复合材料的热膨胀系数,因此被应广泛用于电子封装材料、热管理材料等领域。本文将稀土氧化物La_(2)O_(3)引入到Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料中,研究了La_(2)O_(3)掺杂含量对Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料物相组成、表面形貌、显微硬度和摩擦因数等的影响。研究发现,利用热压烧结技术能够获得致密度较高的Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料,相对密度在98.5%以上。适量掺杂La_(2)O_(3)后,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的显微硬度有所增加,能够实现Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的弥散强化。随着La_(2)O_(3)掺杂量增加,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的摩擦因数呈现出先降低后增加的趋势。在Cu基复合材料中添加Ti_(3)SiC_(2),能够起到润滑的作用,有利于降低摩擦因数。本研究可为Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的工程应用提供试验依据。

煤油流量对HVOF喷涂FeCrMoSi-Ti_(3)SiC_(2)涂层高温摩擦磨损性能的影响

目的提高燃煤锅炉四管的耐磨性能。方法使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)、Raman、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机研究FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)粉末及其涂层相组成、组织结构,检测涂层的力学性能,并对涂层在800℃下的摩擦学性能和磨损机理进行系统分析。结果粉末物相主要由Ti_(3)SiC_(2)、Fe-Cr和TiC组成,涂层的物相与粉末类似,但是新产生了SiC相,且随着煤油流量的升高,Ti_(3)SiC_(2)物相逐渐分解。当煤油流量为30、32 L/h时,涂层内Ti_(3)SiC_(2)物相大量分解。涂层的硬度和断裂韧性随着煤油流量的升高表现出先升高、后降低的趋势,孔隙率和磨损率呈现先减小、后增大的趋势。当煤油流量为28 L/h时,涂层磨损率最低,约为5.44×10^(-15)m^(3)/(N·m)。结论煤油流量为28 L/h时,涂层表面生成的SiO_(2)、TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)等氧化物均匀分布在磨痕和对偶球表面,有效阻挡了对偶球和涂层的直接接触,使得涂层显示出最优异的摩擦学性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损和黏着磨损。

激光熔覆Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层在不同温度及载荷下的摩擦学性能

为了提高304不锈钢的耐磨减摩性能,采用激光熔覆技术在其表面制备了Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层的微观结构进行表征,并分析了304不锈钢基体与Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层在等温摩擦实验(25和600℃)中不同载荷(2、5和8 N)下的摩擦学性能和磨损机理。结果表明:Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层主要由γ-Co固溶体,硬质相Fe_(2)C、Cr_(7)C_(3)和TiC及润滑相Ti_(3)SiC_(2)组成。Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层的平均显微硬度为358.61 HV0.5,约是304不锈钢基体(239.32 HV0.5)的1.5倍。在等温摩擦实验中,Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层的磨损率均随着载荷的增加而减少,而摩擦系数在室温下随载荷的增加先增大后减小,在高温(600℃)下随载荷的增加而减小。在不同温度及载荷下,Co-2%Ti_(3)SiC_(2)复合涂层的磨损机理略有不同。

放电电压对Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)复合材料电弧烧蚀性能的影响

采用热压烧结法制备Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)复合材料,Ti_(3)SiC_(2)颗粒均匀分布于Ag基体上,无团聚和扩散现象。分别在3、6、8和10 kV的放电电压下,对Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)复合材料进行了电弧烧蚀试验。结果表明,随着放电电压的增加,电弧能量增加,电弧扩散更加明显,烧蚀面积逐渐增大,烧蚀坑越来越深。Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)材料表面形成喷溅、凸起、气孔和“龟裂”的显微形貌。经过电弧烧蚀后,Ag-30vol%Ti_(3)SiC_(2)复合材料发生分解,并氧化生成AgO、Ag_(2)O、SiO_(2)和TiO_(2)。

多孔结构Ti_(3)SiC_(2)材料的制备工艺研究

以Ti_(3)SiC_(2)粉末为原料,聚乙烯亚胺为分散剂,去离子水为分散介质,聚氨酯海绵为多孔模板,系统地研究了分散剂对浆料pH的影响以及pH对Ti_(3)SiC_(2)水基浆料稳定性的影响。采用有机浸渍法制备多孔Ti_(3)SiC_(2)预制体,对多孔Ti_(3)SiC_(2)材料孔隙率和物相进行分析,可知水基浆料中含质量分数为30%的Ti_(3)SiC_(2)样品的性能最佳,其总孔隙率为66%,比表面积为90%,材料以闭口型小孔为主。

金属氧化物对Ag-Ti_(3)SiC_(2)复合材料润湿性的影响研究

采用热压烧结法制备Ag-Ti_(3)SiC_(2)-MeO复合材料。体积分数为Ag-20%Ti_(3)SiC_(2)-10%MeO(La_(2)O_(3)、Bi_(2)O_(3)、CeO_(2)和In_(2)O_(3))的致密度分别为92.3%、99.44%、89.56%和91.4%。体积分数为Ag-20%Ti_(3)SiC_(2)-5%MeO(La_(2)O_(3)、Bi_(2)O_(3)、CeO_(2)和In_(2)O_(3))致密度分别为96.82%、98.87%、92.79%和95.55%。增加MeO有助于提高Ag-Ti_(3)SiC_(2)-MeO复合材料的润湿性,Ag-20%Ti_(3)SiC_(2)-5%MeO(La_(2)O_(3)、Bi_(2)O_(3)、CeO_(2)和In_(2)O_(3))的接触角分别为60.4°、60.5°、66°和51°。

Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂降解罗丹明B

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板和溴源,通过添加Ti_(3)C_(2)MXene,使用共沉淀法制备了Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂(Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)),采用SEM、TEM、XRD、XPS、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)进行了表征。以罗明丹B(RhB)为目标降解物,考察了质量分数1%的Ti_(3)C_(2)水分散液添加量对Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化降解RhB的影响。结果表明,层状Ti_(3)C_(2)分布在AgBr纳米线周围,Ag_(3)PO_(4)纳米粒子修饰在两者之上,3种化合物之间形成Z型和肖特基双异质结;质量分数1%的Ti_(3)C_(2)分散液添加量为0.5 g制备的Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)-5具有最佳的光催化降解RhB性能,30 mg该光催化剂对30 mL质量浓度为10 mg/L RhB溶液的降解率为94.4%;超氧自由基和羟基自由基是Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化降解RhB过程中起主要作用的活性物种;AgBr、Ag_(3)PO_(4)、Ti_(3)C_(2)三者之间形成的Z型和肖特基双异质结增强了光生电子-空穴对(e--h+)的分离效率,提升了Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化性能。

表面基团对Ti_(3)C_(2)T_(x)吸附NO性能影响的第一性原理研究

本工作基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建了Ti_(3)C_(2)O_(2)、Ti_(3)C_(2)O1.5(OH)0.5、Ti_(3)C_(2)O(OH)、Ti_(3)C_(2)O1.5F0.5和Ti_(3)C_(2)OF五种模型,从几何结构、电荷转移以及电子性质等方面研究了基团种类和比例对Ti_(3)C_(2)T_(x)吸附NO的影响。结果表明:相较于Ti_(3)C_(2)O_(2),含低比例-OH和-F基团的Ti_(3)C_(2)T_(x)对NO的吸附能更大,电荷转移更弱,不利于其探测NO,与实验结果一致;但随着-OH和-F比例的提高,吸附能分别减小和增大,电荷转移分别增强和减弱,表明高比例的-OH有利于Ti_(3)C_(2)T_(x)探测NO,而高比例的-F是不利的;同时,在吸附NO后,Ti_(3)C_(2)O_(2)在费米能级附近的能带极值曲率变小,电子有效质量增大,表明-O基团有利于Ti_(3)C_(2)T_(x)探测NO。在几何弛豫过程中NO分子总是以N原子靠近衬底,吸附距离均较小,而且最近邻原子的电子轨道出现杂化,电子的聚集和消散位于两端,表明最近邻原子间成键较弱且偏离子性。此计算结果可以为Ti_(3)C_(2)T_(x)探测和屏蔽NO提供理论指导,同时为Ti_(3)C_(2)T_(x)的表面改性提供思路。

Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片高效率去除废水中重金属的研究

通过刻蚀剥离法制备了Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片,探究了其对废水中重金属离子的吸附特性。通过SEM、XRD、AFM、FT-IR、Raman对Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片的形貌和结构进行了表征,通过ICP-MS对处理前后水体中重金属离子的含量进行了测试。结果表明剥离的Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片表面含有结构缺陷和羟基,当水体中Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)初始浓度为50 mg/L时,47.5 mg Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对其的去除效率高达90%以上,尤其是对Pb(Ⅱ)的去除效率达到了98.81%,吸附性能远高于大孔树脂、硅藻土和活性炭等常见吸附试剂。在Na(Ⅰ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)4种离子共存溶液中,Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对于Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的去除依然可以达到92%以上。通过动力学和吸附等温拟合,Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片对Pb(Ⅱ)的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir等温模型,对Pb(Ⅱ)的最大吸附量和最低检出限分别为81.7 mg/g和0.0094 mg/L。Ti_(3)C_(2)T_(x)超薄纳米片对重金属离子的吸附特性在化学工业、食品加工的废水处理中具有良好的应用前景。

单层Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂的制备及对盐酸四环素的降解应用

采用二甲基亚砜(DMSO)插层法制备单层Ti_(3)C_(2)T_(x),并用共沉淀法合成了高催化活性的Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段进行表征。结果表明:ZnO与Ti_(3)C_(2)T_(x)复合后,其光催化性能得到了明显提升,当Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO复合比例为16%时,其具有最佳的降解效果,在可见光照射2h下对盐酸四环素(TCH)降解率可达91.36%。光催化活性的提高主要由于Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO表面形成的肖特基势垒有效地抑制了电子空穴的复合,提高了光催化效率。

Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料的吸波和电磁屏蔽性能与机制

在电磁屏蔽领域,铁氧体是常用的涂覆型吸波剂,但以Fe_(3)O_(4)为首的铁氧体存在一些不足。本研究采用冷冻干燥的方法成功制备了花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料,Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料的花苞状结构对电磁波的多重反射、界面极化和电磁耦合作用等使复合材料具有更好的微波吸收性能。当频率为6.74 GHz时,最小反射损耗达到-51.41 dB,对应的匹配厚度为2.8 mm,这意味着它可以吸收99.99928%的电磁波。本研究中特殊的花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料表现出优异的吸波性能,在电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。

CoP修饰Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料作为高效析氢反应电催化剂

高效、经济和环保是电化学水分解制氢电催化剂的关键要素。二维(2D)MXene材料因其独特的物理化学性质而受到广泛关注。虽然有许多不同种类的MXene材料,但只有少数具有本征析氢反应(HER)催化活性。然而,MXene材料具有很多优点,如较大的比表面积、高电导率和丰富的表面官能团,因此可以作为与其他物质复合的理想平台。本研究首先通过密度泛函理论(DFT)预测了CoP与Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene(其中T_(x)=―F和―OH官能团)具有低的氢吸附自由能(ΔGH^(*))。接着,我们合成了CoP-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料,并在0.5 mol∙L^(−1)H_(2)SO_(4)中测试了其电催化HER性能。该材料在电流密度为10 mA∙cm^(−2)时表现出了低的过电位(135 mV)和Tafel斜率为48 mV∙dec^(−1)。理论计算表明,CoP-Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene纳米复合材料的优异电催化性能源于Ti_(3)C_(2)T_(x)的高金属导电性、良好的界面电荷转移、快速的氢吸附/解吸过程以及优化的电子结构。

Ni/Ti_(3)C_(2)(MXene)催化剂制备及催化肉桂醛选择加氢性能

以氢氟酸为蚀刻剂,Ti_(3)AlC_(2)为原料制备的多层Ti_(3)C_(2)(MXene)为载体,采用KBH4还原法制备了Ni负载量(即Ni的理论质量分数,下同)5%~20%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂,通过XRD、FTIR、SEM、N_(2)吸附-脱附、NH_(3)-TPD、CO_(2)-TPD对Ni/Ti_(3)C_(2)进行了表征,考察了其催化肉桂醛选择加氢的性能。结果表明,Ni负载量为10%的Ni/Ti_(3)C_(2)催化剂(记为10Ni/Ti_(3)C_(2))具有最佳的性能,其Ni金属颗粒均匀负载在Ti_(3)C_(2)表面上,层状结构清晰,比表面积为9.6 m^(2)/g,具有最小的金属Ni平均粒径(43.59 nm)和最高的分散度(0.21%)。随着Ni负载量的增加,Ni/Ti_(3)C_(2)的比表面积和酸位点强度逐渐增加,表面酸性位点种类变化不大,10Ni/Ti_(3)C_(2)具有强Lewis酸位点(NH_(3)脱附峰在511℃左右),热稳定性较好。在H_(2)压力2.0 MPa、30 mL异丙醇为溶剂、反应温度120℃的条件下,0.5000 g 10Ni/Ti_(3)C_(2)催化1.0000 g肉桂醛选择加氢反应3.0 h,肉桂醛转化率和苯丙醇选择性分别为100%和99.29%;在4次循环中,10Ni/Ti_(3)C_(2)表现较高的催化稳定性,肉桂醛转化率100%,苯丙醇选择性99.29%~92.07%。

基于N掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点的荧光探针用于Hg2+和S2-的传感检测

基于N掺杂Ti_(3)C_(2) MXene量子点(N-Ti_(3)C_(2) MQDs)荧光探针和配位相互作用,构建了一种检测Hg^(2+)和S^(2-)的“开-关-开”型荧光传感新方法.研究发现,制备的N-Ti_(3)C_(2) MQDs发射蓝色荧光(λem=440 nm),荧光量子产率为15.7%.Hg^(2+)与N-Ti_(3)C_(2) MQDs表面的—NH2,—COOH,—OH等官能团产生选择性配位作用,导致N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光猝灭.当加入S^(2-)后,由于S^(2-)与Hg^(2+)之间强的结合力,形成HgS沉淀,从而使N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光恢复.基于该原理,构建了一种“开-关-开”型荧光传感方法,实现了对Hg^(2+)和S^(2-)的定量检测.N-Ti_(3)C_(2) MQDs探针的荧光强度与Hg^(2+)浓度在0.02~200μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为10 nmol/L(S/N=3);与S^(2-)浓度在0.07~150μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为30 nmol/L(S/N=3).该方法具有成本低、操作简单、灵敏度高和选择性好等特点,并可用于水样中Hg^(2+)和S^(2-)的检测.

Ni@Ti_(3)C_(2)复合材料制备及其吸波性能研究

采用一步水热法在Ti_(3)C_(2)层间插入磁性镍颗粒制备Ni@Ti_(3)C_(2)复合材料,通过改变镍颗粒与Ti_(3)C_(2)的质量比,制备了3种具有多重损耗机制的电磁波吸收材料,研究了2~18 GHz频率范围内材料的电磁参数和吸波性能。实验结果证明,镍颗粒的引入可改善Ti_(3)C_(2)的阻抗匹配并提升其吸波性能。20%质量分数Ni@Ti_(3)C_(2)/石蜡复合吸波材料在厚度为4.5 mm时有效吸收带宽达到5.2 GHz(对应频率范围为12.2~17.4 GHz),在14.4 GHz频率下最小反射损耗为-40.16 dB。研究表明,Ni@Ti_(3)C_(2)复合材料有望成为一种轻薄、高性能的吸波材料。

Ti_(3)AlC_(2)对PcBN材料显微结构及性能的影响

以不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)为结合剂,在5.5 GPa、1450℃的条件下,制备整体式PcBN复合刀具材料,分析不同质量分数的Ti_(3)AlC_(2)对PcBN刀具材料的物相、显微结构及力学性能的影响。结果表明:Ti_(3)AlC_(2)在高温高压下会完全分解成TiC、Al-Ti合金,并与cBN反应生成AlN、TiB_(2)和TiC_(0.7)N_(0.3)等物相;TiC、AlN、TiB_(2)和TiC_(0.7)N_(0.3)均匀分布在cBN周围并与cBN紧密黏结在一起,从而提升PcBN的力学性能。当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为25%时,PcBN的相对密度、抗弯强度、断裂韧性和磨耗比均达到最大值,分别为98.9%、592 MPa、6.87 MPa·m^(1/2)和7350;当Ti_(3)AlC_(2)质量分数为20%时,PcBN的显微硬度达到最大值4786.7 HV。