三元层状陶瓷材料Ti2SC的研究进展

Ti_2SC陶瓷材料,作为M_(N+1)AX_N相的一员,具备陶瓷和金属的综合性能,有广阔的应用前景,是倍受研究者关注的新型材料之一。主要围绕Ti_2SC的结构、制备方法、性能及研究现状,并对其存在的问题、应用前景和发展方向进行阐述。

Ti_2SC粉体的快速合成

以TiS_2、Ti、石墨粉（C）为原料,在200~1 100℃,用微波混合加热法合成了Ti_2SC陶瓷粉体。探讨了反应温度对Ti_2SC制备的影响,并在1 000~1 400℃与无压烧结法进行了对比研究。采用XRD、SEM、DSC和热力学计算对样品的物相、形貌和反应机理进行分析。结果表明：利用无压烧结到1 400℃,保温15 min,样品中主相是C,只合成了少量目标相Ti_2SC;而用微波混合加热到400℃时,样品中主相为Ti_2SC,含有大量的C;升温到800℃,目标相衍射峰增强,C衍射峰减弱;在1 100℃,保温3 min,合成了单相Ti_2SC粉体材料,其颗粒粒径范围为2~5μm。在TiS_2-Ti-C体系中,400℃以下,TiS_2和Ti反应生成Ti-S化合物;400℃及以上,Ti、C和Ti-S化合物反应生成Ti_2SC。

堇青石合成过程中的物相及结构演变

以高岭土、滑石和氧化铝为原料,通过高温反应合成堇青石。借助X射线衍射仪及扫描电子显微镜研究了1100~1380℃范围内物相组成及显微结构变化,并分析了演变过程。结果表明,在低于1100℃热处理时,粘土、滑石发生分解并进行了晶型转化;1100~1300℃发生固相反应生成堇青石,1100~1200℃是初始反应阶段,1200~1300℃是加速反应阶段;1300~1380℃是堇青石晶体生长阶段。低于1200℃热处理时,材料内部呈松散堆积状态,几乎没有发生烧结;高于1300℃热处理后呈现明显的烧结状态。1200~1300℃是结构转变的转折温度区间。

Ti_2SC陶瓷粉体的制备及其机理研究

以TiS2、Ti、C为原料,利用无压烧结方法制备Ti2SC陶瓷粉体。研究了组成和烧结温度对试样物相组成的影响。利用XRD、SEM、差热分析和热力学分析方法对样品的物相和反应路径进行表征分析。结果表明：当原始组分中S过量10at%时,样品主相为TiS,只有少量目标相Ti2SC存在。随着S过量的增加,目标相含量随之增加,但C含量减少。当S过量30at%时,样品中主相为Ti2SC,只有微量的C,TiC和TiS存在。当原料比为1.15TiS2/2.85Ti/2C时,烧成温度为1 600℃,氩气气氛下合成了纯度较高的Ti2SC陶瓷粉体,其晶粒尺寸为510μm。在TiS2-Ti-C体系中,由TiS和TiC反应生成目标相Ti2SC。