无压烧结制备Ti_3SiC_2-金刚石复合材料的反应机理与微观结构

在Ar气氛保护下,以钛粉、硅粉、石墨粉和金刚石粉为原料,采用无压烧结技术制备Ti3SiC2-金刚石复合材料。研究烧结温度对制备的复合材料中Ti3SiC2含量及金刚石转变的影响。结果表明:1 400℃为制备Ti3SiC2-金刚石复合材料的最佳反应温度,高于此温度金刚石大量石墨化,低于此温度Ti3SiC2不能有效合成;生成的Ti3SiC2包裹在金刚石颗粒表层,两者之间存在明显的过渡区,表明在高温条件下金刚石颗粒表层发生石墨化相变;石墨化的碳元素参与Ti3SiC2合成反应,明显改善Ti3SiC2相与金刚石颗粒界面润湿性,提高Ti3SiC2与金刚石颗粒之间的界面结合力。

层状Ti_3SiC_2陶瓷的组织结构及力学性能

利用热压烧结TiH2,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti3SiC2陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度,发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti3SiC2材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti3SiC2基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti3SiC2材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。

微波烧结制备Ti_3SiC_2-金刚石复合材料的显微形貌及界面反应机理

采用Ti_3SiC_2粉体和金刚石粉体为原料,通过微波烧结制备Ti_3SiC_2结合剂金刚石复合材料,研究金刚石的含量和粒度对该复合材料的物相组成与显微形貌的影响。结果表明,通过高温微波烧结Ti_3SiC_2结合剂金刚石复合材料,金刚石表面会形成不同的涂层,从而与基体结合剂结合良好。金刚石的粒度和含量对复合材料中基体组成和金刚石的表面涂层状态有显著影响。烧结过程中,金刚石会不同程度的影响Ti_3SiC_2的分解。Ti_3SiC_2分解后生成Si与TiC。当金刚石含量相同(10%)、粒度较粗(30/40)时,金刚石表面会形成钛硅相与SiC涂层组织;基体的主相为Ti_3SiC_2、钛硅相与SiC。当金刚石粒度较细(W20)时,金刚石表面的C元素充分地与Si反应生成SiC涂层,基体主相变成TiC和Ti_3SiC_2。当金刚石粒度适中(120/140目与170/200目)时,基体的主相为Ti_3SiC_2。选取金刚石粒度为170/200目、金刚石含量较低时(5%与10%),基体的组成为Ti_3SiC_2与少量的SiC。金刚石含量较高时(20%与30%),基体的组成为Ti_3SiC_2与少量的Ti C和SiC。各试样中金刚石表面都会形成钛硅相与Si C涂层组织。

Cr_3C_2-Ni-Ti_3SiC_2新型减摩复合材料的高温摩擦学行为

采用粉末冶金工艺制备一种新型Cr3C2-Ni-Ti3SiC2减摩材料,并研究Ti3SiC2添加量对其与GCr15摩擦副在400℃大气环境下摩擦学行为的影响。结果表明:在高温摩擦场的作用下,复合材料中的Ti3SiC2能够诱发形成具有良好减摩作用的摩擦氧化膜,不仅可以降低摩擦副的摩擦因数,避免摩擦因数的较大波动,而且能够显著降低摩擦系统的总磨损率,对摩擦偶件起到极好的保护作用。当Ti3SiC2含量(质量分数)分别为2.5%、5.0%、7.5%和10%时,复合材料的摩擦因数比未添加Ti3SiC2的Cr3C2-Ni金属陶瓷的摩擦因数分别下降5.3%、15.8%、26.3%和13.2%,摩擦副的总磨损率也下降了一个数量级;同时,摩擦偶件的磨损率也由3.5×10-5 mm3/(N·m)逐步下降到9.8×10-7 mm3/(N·m)。

Ti_3SiC_2的高速摩擦特性及摩擦氧化行为

研究了高纯度多晶块体Ti3SiC2高速摩擦特性及摩擦氧化行为．实验在盘-块式高速摩擦试验机上进行，以低碳钢为对磨体，温度25℃，相对湿度23％～25％，滑动速度20～50m／s，法向压强0.1～0．8MPa．结果表明，摩擦系数随滑动速度的提高而减小，而在给定的滑动速度下随法向压强的增大先增大后减小，在40～50m／s的滑动速度和0．8MPa的法向压强下达到最小值0．17．摩擦系数的减小归因为Ti3SiC2表面摩擦氧化层的存在．该氧化层由Ti、Si和Fe的氧化物组成，具有显著的减摩作用．

以铝为助剂结合放电等离子烧结制备Ti_3SiC_2

以铝为助剂结合放电等离子烧结工艺,在较低温度下快速制备出高纯致密Ti_3SiC_2块体材料,掺加适量铝能加快Ti_3SiC_2的反应合成,提高制备材料的纯度,并促进Ti_3SiC_2晶体的生长和材料的快速烧结致密,在升温速率为80℃/min,z轴压力为30MPa时,材料制备的最佳温度为1200～1250℃,所制备材料经XRD、SEM和EDS分析表明不含TiC和SiC等杂质相,Ti_3SiC_2为5～25μm的板状结晶。

热压TiC/Ti/Si/Al合成Ti_3SiC_2材料的研究

研究了向原料粉中掺加Al粉对合成高纯致密Ti3SiC2材料的影响.实验表明以2TiC/1Ti/1Si/0.2A1为起始原料组成,采用热压工艺在1 200℃～1 400℃的温度范围内,可以制备得到密度达到理论密度98%以上的高纯致密Ti3SiC2块体材料.由XRD数据计算得到的晶格参数与文献中的值接近.通过SEM和EPMA分析得知Ti3SiC2晶粒呈板状结晶形貌,且发育良好,晶粒在平面内的尺寸分别为3μm～8 μm和4 μm～10 μm.

Ti3SiC2、不锈钢和NiCr合金在人工海水中的摩擦学性能

在SRV-1型摩擦磨损试验机上考察了Ti3SiC2、NiCr合金和不锈钢在干摩擦、蒸馏水和人工海水中的摩擦磨损性能,并用扫描电镜(SEM-EDS)及光电子能谱(XPS)对磨痕形貌及成分进行分析.结果表明:Ti3SiC2/Al2O3摩擦副的摩擦系数对摩擦条件变化不敏感,在液体介质中磨损稍有降低.3种摩擦条件下存在机械磨损和摩擦氧化磨损竞争,但机械磨损始终为主要磨损机制,因此摩擦和磨损较大.不锈钢/Al2O3和NiCr合金/Al2O3两摩擦副对摩擦条件变化较敏感,摩擦系数和磨损率在干摩擦、蒸馏水和海水中依次降低,其中NiCr合金降低幅度最大.干摩擦条件下两者以机械磨损为主要磨损机制,表现为黏着磨损和材料转移;蒸馏水中机械磨损和摩擦氧化磨损并存;海水中以腐蚀磨损为主导,腐蚀产物FeCl2、CrCl3或CrO22-或CrO42-等具有减摩抗磨作用.

熔盐法合成Ti3SiC2粉体

以NaCl为熔盐介质,利用熔盐法在真空条件下合成了Ti3SiC2粉体。研究了煅烧温度和原料中Si的含量对合成Ti3SiC2粉体成分及形貌的影响。研究发现使用熔盐法可以在相对较低的温度下合成的Ti3SiC2粉体,当Ti∶Si∶C的摩尔配比为3∶1.3∶2时,在1200℃保温2h可以获得质量分数为97%的Ti3SiC2粉体,且所获得粉体形貌较为均匀,无明显团聚现象。

不同压力下Ti_3SiC_2陶瓷的干摩擦磨损性能研究

采用反应烧结技术制备了Ti3SiC2陶瓷．利用环盘摩擦磨损试验机，研究了压力（栽荷）对反应烧结Ti3SiC2陶瓷的千摩擦磨损性能的影响．试验在环盘摩擦试验机上进行，以低碳钢为对摩体，温度为25℃，相对湿度为23％～25%，滑动时间为0．5h，滑动速度为0．5m／s，法向压力为20～60N．试验结果表明：随着压力的增大，Ti3SiC2陶瓷的干摩擦因数和磨损率均呈现先增加后降低趋势，干摩擦因数正压力为30N时最大，而磨损量则在压力为40N时最大．利用扫描电镜分析了压力对Ti3SiC2陶瓷的干摩擦磨损性能的影响，探讨了其摩擦磨损机理：当压力较小时，磨损以磨损表面发生流变和Ti。SiC2粒子脱落造成的磨粒磨损为主；当压力超过40N时，则以氧化膜的轻微划痕和轻微黏着磨损为主．

无压烧结合成高纯度Ti_3SiC_2粉体

本文通过优化混合方式将Ti、Si、石墨和Al等粉末按照一定配比混合后,在1 420℃氩气保护下合成了Ti3SiC2粉末。用XRD和SEM分别分析了样品中的相成分、微观形貌,计算得出其质量百分含量,高达96.7%,研究了烧结工艺中降温速率对Ti3SiC2微观形貌的影响,并讨论了其生长机理。本工艺原料混合简单有效,得到的产品纯度高,因而有助于实现Ti3SiC2粉末的批量生产。

Ti_3SiC_2陶瓷的制备

Ti3SiC2陶瓷由于具有非常优越的性能而受到广泛关注,但到目前对于反应合成Ti3SiC2的热力学和动力学仍缺乏系统地研究。本文对反应合成Ti3SiC2进行了热力学计算和动力学分析,利用Ti、Si、C混合粉末进行热压,制备了较高纯度的Ti3SiC2陶瓷,并对烧结试样进行XRD和断口SEM分析。热力学计算结果表明:在常用的反应合成Ti3SiC2的材料体系中,Ti-Si-C三元粉末的反应热力学驱动力最大,据此选择Ti、Si、C粉末,按照3∶1.2∶2的原子比混合作为反应合成Ti3SiC2的原料;动力学分析结果表明:Ti-Si-C三元元素粉末的反应动力学要求必须有较高的升温速度,才能获得Ti3SiC2材料。根据动力学分析结果设计反应合成工艺,利用真空热压获得了纯度达到89%(体积分数,下同)以上的Ti3SiC2材料。

层状三元碳化物Ti_3SiC_2及其制备研究

三元碳化物 Ti3Si C2 属于层状六方晶体结构 ,空间群为 P6 3/ mm C;它同时具有金属和陶瓷的优良性能 ,有良好的导电和导热能力 ,在室温下可切削加工 ,在高温下有良好的热稳定性和塑性变形能力 ,还具有优异的抗氧化性能 ,抗热震等 ;应用 CVD、SHS、HP/ HIP等方法可制备该化合物 ,用 HIP方法能制备高纯、致密的 Ti3Si C2 陶瓷。最近 ,以元素单质粉为原料 ,采用放电等离子烧结工艺成功制备了高纯 Ti3Si C2

放电等离子烧结工艺合成Ti_3SiC_2的研究

以元素单质粉为原料 ,当原料配比为n(Ti)∶n(Si)∶n(Al)∶n(C) =3∶(1.2 -x)∶x∶2 ,其中 :x =0 .0 5～ 0 .2时 ,在 12 0 0～ 12 5 0℃温度下经放电等离子烧结成功制备了高纯、致密Ti3SiC2 固溶体材料。原料中掺加适量Al能改善Ti3SiC2 的合成反应并提高制备材料的纯度。当x =0 .2时 ,所合成的固溶体形貌为板状结晶 ,分子式近似为Ti3Si0 .8Al0 .2 C2 ,晶格参数a =0 .3 0 69nm ,c=1.767nm。在 12 5 0℃温度下烧结 ,得到平均厚度达 5 μm ,发育完善均匀的致密多晶体材料。材料Vickers硬度为 3 .5～ 5 .5GPa 。

可加工陶瓷Ti_3SiC_2的合成和性能

可加工的Ti3 SiC2 陶瓷属于六方晶体结构 ,空间群为P6 3 /mmc。它有许多独特的优良性能 ,如很好的导电、导热能力 ,高温延展性、抗热震 ,高强度 ,抗氧化 ,耐腐蚀 ,超低摩擦性 ,良好的自润滑性等。制备该化合物的方法主要有CVD ,SHS ,HP/HIP等方法。作者以元素粉为原料 ,用等离子放电烧结 (SPS)方法成功地制备了高纯的Ti3 SiC2 陶瓷。

Ti_3SiC_2弥散强化Cu:一种新的弥散强化铜合金

选用具有高导电、高导热性能的新型陶瓷Ti3SiC2做为弥散强化相，通过与Cu粉末高能球磨混合后，热压成一种新型弥散强化Cu材料机械性能测试表明，随着Ti3SiC2体积分数的提高，弥散强化,Cu的屈服强度和维氏硬度线性上升分析表明Ti3SiC2相的晶粒细化和位错塞积是主要强化机制。

Cu/Ti_3SiC_2体系润湿性及润湿过程的研究

采用座滴法研究了温度及Ti3SiC2的两个组成元素Si和Ti对Cu/Ti3SiC2体系润湿性的影响。结果表明,Cu与Ti3SiC2之间有良好的润湿性,且润湿过程属于反应性润湿。随着温度的升高,Cu与Ti3SiC2间的反应区扩大,反应层深度增加,润湿角减小,温度超过1250℃后反应明显加快,至1270℃时润湿角降至15.1°。物相分析与微观结构研究表明,Cu/Ti3SiC2界面区域发生了化学反应,反应产物主要为Ti Cx和CuxSiy,同时发生元素的互扩散,形成反应中间层,改变体系的界面结构,促进了Cu和Ti3SiC2基体的界面结合,从而改善了体系的润湿性。在Cu中添加Si抑制了Ti3SiC2的分解,而添加Ti阻碍了Cu向Ti3SiC2的渗入,均不利于Cu/Ti3SiC2体系润湿性的改善。

添加Al_2O_3对Ti_3SiC_2复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备Ti3SiC2-Al2O3复合材料,研究热压温度和Al2O3含量对Ti3SiC2-Al2O3复合材料相组成、力学性能及抗氧化性能的影响。结果表明:采用反应热压烧结,可以在1450℃烧结得到致密度高、性能良好的Ti3SiC2-Al2O3复合材料。添加Al2O3可以起到第二相增强的作用,从而提高材料的强度。随着添加量的增加,复合材料的力学性能先提高后降低,当Al2O3添加量为20%(质量分数)时断裂韧性达最大值(7.10 MPa-m1/2),当Al2O3添加量为30%时抗弯强度达最大值(512 MPa)。Al2O3在高温下与TiO2反应生成具有耐高温和高抗热震性能的Al2Ti O5,可以有效提高Ti3SiC2基复合材料高温抗氧化性能。

铝对高温自蔓延合成Ti_3SiC_2粉体的影响

采用钛、硅、碳单质粉为原料,再添加少量的铝粉作为反应助剂,通过高温自蔓延合成高纯的Ti3SiC2粉体;采用XRD和SEM等研究了合成产物的物相组成和显微结构,通过K-值法估算了产物中Ti3SiC2的含量。结果表明:铝元素的加入显著地促进了Ti3SiC2的合成,铝的加入量对Ti3SiC2的形成有很大的影响,过多或过少都不利于提高合成产物中Ti3SiC2的含量;以钛、硅、碳、铝物质的量比为3∶1.5∶2∶0.2的混合粉为原料合成的产物中Ti3SiC2质量分数最高,达93.6%。

金刚石表面形成Ti_3SiC_2的反应机理

采用Ti、Si、TiC、金刚石磨料为原料,通过放电等离子烧结(SPS),制备了Ti3SiC2陶瓷结合剂金刚石材料.研究结果表明,Ti-Si-2TiC试样经SPS加热的过程中位移、位移率和真空度在1200℃时发生明显变化,表明试样发生了物理化学变化.XRD分析结果表明1200℃时试样发生化学反应生成了Ti3SiC2.随着温度升高,试样中Ti3SiC2含量逐渐增加.当烧结温度为1200℃、1300℃、1400℃和1500℃时,产物中Ti3SiC2含量分别为65.9%、79.97%、87.5%和90.1%.在Ti/Si/2TiC粉料中添加适量的金刚石5%和10%进行烧结,并未抑制Ti3SiC2的反应合成.SEM观察表明,金刚石与基体结合紧密,同时其表面生长着发育良好的Ti3SiC2板条状晶粒.提出了一种金刚石表面形成Ti3SiC2的机制,即金刚石表面的碳原子首先与周围的Ti反应生成TiC,然后TiC再与Ti-Si相发生化学反应,生成Ti3SiC2.