Cu-Ti3SiC2复合材料真空热压法制备及性能研究

Ti3SiC2是一种具有MAX层状结构的先进材料,兼具金属与陶瓷的双重性能。将Ti3SiC2作为弥散强化相与Cu复合制备金属基复合材料,综合力学性能较好,有望在电接触材料中有较好的应用前景。采用热压烧结法制备Cu-Ti3SiC2复合材料,试验证明Cu-Ti3SiC2复合材料的最佳烧结工艺为:烧结温度750℃,压力30 MPa,保温30min,制得复合材料的组织均匀,团聚较少。其次研究了Ti3SiC2含量对复合材料硬度、电阻率等性能的影响,随着Ti3SiC2的体积分数的增加,硬度先增加后降低,相对密度和抗弯强度呈减小趋势,电阻率增加;通过微观显微分析,Cu-Ti3SiC2致密度随Ti3SiC2含量增加而下降。

Cu/Ti3SiC2复合材料的制备及微观结构

Ti3SiC2是一种新型的结构陶瓷材料,有诸多优异性能。Cu具有优良的导电和导热性能,耐压性能好且能分流,但有不能抗熔焊缺陷,利用Cu和Ti3SiC2组成复合材料,有望成为新型电接触材料。本文采用Cu粉为基体,Ti3SiC2粉为增强相,采用热压烧结方法制备的Cu/Ti3SiC2复合材料,显微分析观察其组织均匀,团聚少,综合性能较好,在电接触材料中有着巨大的应用前景。通过比较不同烧结温度下制备的样品,发现温度高于750℃,Cu和Ti3SiC2会发生反应,有TiSi2等杂质产生,因此烧结温度为750℃最好。通过对不同体积配比烧结而成的Cu/Ti3SiC2材料性能测试,结果表明:材料的致密度和抗弯强度随着Ti3SiC2含量增加而下降。抗弯断裂后的断口形貌经SEM分析,当Ti3SiC2含量低时,断口呈均匀分布的韧窝;当Ti3SiC2含量增加时,断口呈穿晶断裂形态,使得复合材料弯曲强度较高且呈脆性断裂。

三元层状固体润滑Ti3SiC2复合材料的制备与摩擦学研究进展

Ti3SiC2作为一种新型的陶瓷材料,兼具金属和陶瓷的双重性能,同时也由于具有良好的导电导热性、低密度、机械可加工性、优异的抗热震性能、高熔点、高热稳定性、耐高温氧化、耐腐蚀性能,近年来受到了越来越多研究者的关注。首先介绍了Ti3SiC2内部晶体学结构,指出其与二元碳化物TiC有着紧密的晶体学关系,接着详细叙述了各种Ti3SiC2制备工艺及其复合材料的研究现状,阐述了化学气相沉积(CVD)、磁控溅射(MS)、脉冲激光沉积(PLD)、自蔓延高温合成(SHS)、热等静压(HIP)、热压烧结(HP)、火花等离子烧结(SPS)等技术在制备Ti3SiC2及其复合材料方面的优点和不足。随后重点分析了温度、滑动速度、载荷、添加组分含量、对偶材料种类和润滑环境等因素对Ti3SiC2及其复合材料摩擦学性能的影响。最后总结了在Ti3SiC2及其复合材料研究中存在的一些问题,并指出进一步提高摩擦磨损性能,添加多元增强相,改进现有技术以及采取新型制备工艺,是未来发展的重要方向。

Ti3SiC2复合材料耐磨性能研究

Ti 3SiC 2是一种六方晶体结构的特殊陶瓷材料,兼具金属与陶瓷的优异性能,拥有优良的高温强度、抗氧化性及可加工性等优点,广泛应用于耐磨润滑材料。本文综述其同金属和SiC、金刚石、TiC、Al 2O 3等复合后的优异性能和广阔应用,并展望其在和金属、陶瓷、金刚石等材料复合领域的研究方向。

MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料的制备及电化学性能研究

利用水热法合成了MoS2/Ti3C2Tx异质复合材料,采用SEM、XRD、XPS和电化学工作站对所制样品的形貌、结构、成分和电化学性能进行了表征。结果表明,当Ti3C2Tx引入量为30 mg时,所制MoS2/Ti3C2Tx异质复合电极具有最优的电化学性能和较好的循环稳定性,在1 A/g电流密度下的比电容达到262.54 F/g,且经10 000次循环后仍保持82.1%的初始比电容。

Cu/Ti_3SiC_2复合材料的制备及其磨损性能研究

以Cu粉、Ti3SiC2粉末为原料,采用热压烧结技术,制备了不同体积分数的Cu/Ti3SiC2复合材料。用光学显微镜分析了该复合材料的微观组织,利用环块式摩擦磨损试验机测试了其磨损性能,采用SEM、EDS和XRD观察分析发该复合材料的磨损表面形貌及其组成。结果表明:Ti3SiC2在基体组织中分布均匀,随着其含量的增加,其在基体组织中的分布有聚集的趋势,材料的致密度逐渐下降;磨损质量损失在Ti3SiC2含量达到20vol%时最小;该复合材料的磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主,同时伴随有一定量的氧化磨损,氧化产物为Cu2O。

TiC/Ti_3SiC_2复合材料的制备及其性能研究

以粉末Ti,Si,TiC和炭黑为原料,采用反应热压烧结法制备TiC/Ti3SiC2复合材料。借助XRD和SEM研究TiC含量对TiC/Ti3SiC2复合材料相组成、显微结构及力学特性的影响。结果表明:通过热压烧结可以得到致密度较高的TiC/Ti3SiC2复合材料;引入TiC可以促进Ti3SiC2的生成,当引入TiC的质量分数达30%,TiC/Ti3SiC2复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别为406.9 MPa,3.7 MPa.m1/2;复合材料中Ti3SiC2相以穿晶断裂为主,TiC晶粒易产生拔出。

Ti_3SiC_2复合材料性能的研究进展

SiC、TiC和TiB2等单相或多相材料与Ti3SiC2复合形成Ti3SiC2基复合材料,具有优良的韧性、抗弯曲性能和耐磨损性能。并且具有良好的抗氧化性能、导电性、可机械加工性能和抗损坏性能。因此对于Ti3SiC2复合材料性能的研究,有希望扩大其应用范围领域。本文主要综述了近几年国内外有关Ti3SiC2复合材料性能的研究进展,讨论了各种性能提高的机理,提出了进一步的研究方向。

0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料的热变形行为及热加工图

采用真空快速热压烧结法制备了0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料,在650~950℃温度范围和0.001~10 s^(-1)应变速率条件下,利用Gleeble-1500D数控动态-力学模拟试验机对0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料进行热变形试验,根据试验结果绘制了其真应力-真应变曲线。根据动态材料学模型,构建了复合材料的热加工图,确定其适宜的热加工参数。结果表明:0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料的真应力-真应变曲线存在典型的动态再结晶特征,其热激活能为211.109 kJ/mol,并构建了本构方程;基于动态材料模型构造的热加工图,确定了复合材料最佳的热加工工艺参数为:变形温度为725~950℃,应变速率为0.006~0.223 s^(-1)。

α-Al_2O_3微粉对Al_2O_3-Ti_3SiC_2复合材料常温导电性能的影响

为研究Ti_3SiC_2材料的导电性能,将Ti粉、Si粉、TiC粉按物质的量比为1 1.2 2混合,外加不同含量和不同粒度的α-Al_2O_3微粉经热压烧结制备了Al_2O_3-Ti_3SiC_2复合材料。研究了热压烧结温度(1 300、1 350、1400、1 450、1 500和1 550℃)、α-Al_2O_3微粉的添加量(质量分数分别为10%、20%、30%、40%和50%)及粒径(50 nm、500 nm、800 nm和7μm)对该复合材料的物相组成、显微结构、常温导电性能等的影响。结果表明:热压烧结制备的Al_2O_3-Ti_3SiC_2复合材料的物相主要有Ti_3SiC_2、TiC和刚玉,合适的热压烧结温度为1 450℃;随着α-Al_2O_3微粉含量和纳米级粒径的增大,Al_2O_3-Ti_3SiC_2复合材料的导电性能呈线性下降趋势,微米级比纳米级更有益于材料的导电性。

放电等离子烧结制备SiC/Ti_3SiC_2复合材料

以钛粉、硅粉和石墨粉为原料,采用放电等离子烧结制备了含20%(摩尔分数,下同)SiC的SiC/Ti3SiC2复合材料,并研究了烧结助剂Al对该复合材料的性能影响。利用X射线衍射分析样品相组成,运用扫描电镜分析材料的显微组织和断口形貌,并对试样的密度、硬度和抗弯强度进行了测定。结果表明,按Ti3Si1.2C2-20%SiC和(Ti3Si1.2C2-20%SiC)+2wt%Al进行成分配比,可制得纯度较高的Ti3SiC2-20%SiC复合材料,两者都含有少量未反应完全的石墨。未加Al的样品还含有微量的TiSi2杂质;添加铝对样品的密度并没有明显影响,但对显微硬度有较大影响,含铝样品的显微硬度明显低于不含铝的样品;含铝和不含铝试样的三点抗弯强度分别为221.0、231.7 MPa。

Ti3SiC2-SiC复合材料的耐磨擦磨损性能

以商用硅粉、碳粉、钛粉以及少量的铝粉为原料,利用放电等离子烧结技术原位反应制备了Ti_3SiC_2-SiC复合材料.利用盘销式摩擦磨损实验机测试了Ti_3SiC_2-SiC复合材料的耐摩擦磨损性能.结果表明:随着SiC含量的增加,材料相对于硬化钢的摩擦系数和磨损系数均呈下降趋势,这表明SiC的引入提高了复合材料的抗摩擦磨损性能.Ti_3SiC_2单相材料摩擦系数在0.8～1.0之间,而Ti_3SiC_2-40vol%SiC复合材料在稳态下的摩擦系数达到了0.5,Ti_3SiC_2-40vol%SiC复合材料相对于Ti_3SiC_2单相材料的磨损系数下降了一个数量级.Ti_3SiC_2-SiC复合材料的高抗磨损性归因于磨损类型的改变以及SiC良好的抗氧化性能.

SiC含量对Ti_3SiC_2/SiC复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2/SiC复合材料,针对SiC含量对该复合材料致密化程度、力学性能以及应力-应变行为的影响进行了研究。结果表明:(1)随着SiC含量的增加,试样难于致密,试样需要在更高的温度才能达到较高的致密度;(2)随SiC含量的增加,Ti3SiC2/SiC复合材料弯曲强度和断裂韧性提高,但SiC含量达到50%时,由于复合材料含有较多的孔洞,使强度和断裂韧性降低;(3)Ti3SiC2/SiC复合材料在常温下表现为非脆性断裂。

碳纤维增强Cu-Ti_3SiC_2复合材料的性能与烧结温度的关系

研究了在Cu-Ti3SiC2复合材料中添加2%体积含量碳纤维的致密度、电导率和硬度同烧结温度的关系。实验结果表明,加入碳纤维的Cu-Ti3SiC2复合材料较未加入碳纤维的Cu-Ti3SiC2复合材料的致密度和电导有少许下降,但布氏硬度有大幅度提高。随着烧结温度的上升,碳纤维增强Cu-Ti3SiC2复合材料的相对密度上升较快,在1000℃时达到99.21%。电阻率随烧结温度的上升而下降;布氏硬度随着烧结温度的上升而提高,但增幅较缓。

Ti_3SiC_2/SiC复合材料的抗高温氧化性研究

采用反应热压烧结法制备Ti3SiC2/SiC复合材料,针对不同SiC含量的Ti3SiC2/SiC复合材料在1100～1500℃下恒温氧化20 h的氧化行为进行了研究。结果表明:(1)适量SiC的引入能有效的提高Ti3SiC2/SiC复合材料的抗高温氧化性能;(2)复合材料的氧化膜分内外两层,外层成分为TiO2,逐渐向内层过渡为TiO2和SiO2的混合物。

Ti_3SiC_2/Al_2O_3复合材料的SPS烧结及其性能研究

利用放电等离子烧结(SPS)方法成功制备了Ti3SiC2/Al2O3复合材料,用XRD及SEM对其组成和结构进行了表征。另外系统研究了Ti3SiC2/Al2O3复合材料的弹性模量及673K时的热传导性能。结果表明复合材料弹性模量高于理论上限模量,随着Ti3SiC2含量的增加复合材料弹性模量减小,且Ti3SiC2的加入使复合材料的热导率较Al2O3有一定的提高,673K时复合材料热导率符合"海岛-网络"模型。

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)。

Al_2O_3/Ti_3SiC_2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料,一是原位-热压法,即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的;一是分步法,即制备过程分两步进行,首先制备出Ti3SiC2高纯粉,再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上,断裂功达到1200～1560J/m2,相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外,不同的制备方法得到不同的组成和显微结构,决定了这两种Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料性能的差异:前者强度较高韧性较低,后者强度较低而韧性较高。

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。

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。