高性能陶瓷材料Ti3SiC2的研究进展

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1、万方数据第9卷第1期2004年3月粉末冶金材料科学与工程P／MMS&E高性能陶瓷材料Ti3SiC2的研究进展向其军。刘咏，杜勇，刘伯威(中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙，410083)摘要：主要介绍了Ti3SiC。的制备方法、性能和应用。关键词：Ti3SiC2；制备；性能；应用中图分类号：TQl74文献标识码：A三元层状碳化物Ti。SiCz是Ti—Si—C系列中唯一的真正三元化合物，属六方晶系，空间群为D：h—P63／mmc，晶格参数口≈O．306nm，c≈1．769nm‘¨。Ti3SiC2既具有金属的优异性能，如在常温时有很好的导热和导

2、电性能，良好的抗热震性和易加工性以及高温塑性；同时，它又具有陶瓷的优异性能，如高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和高温强度高以及良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。1Ti。SiC：的制备TbsiCz的优异性能吸引了国内外众多学者对其制备方法进行研究和探索。但由于在Ti—Si—C三元相图中[2]，高温时单一T毛SiCz相稳定区狭窄，说明制备高纯度、全致密的Ti。SiCz块体材料非常困难，因此寻求一种令人满意的制备方法已成为当前Ti。SiC：陶瓷材料研究的热点之一。通常可将Ti。SiCz的制备方法分为2类：气相合成法¨3“3和固相合成法[5。17

3、。其中气相

4、合成法有化学气相沉积法‰43；固相合成法包括自蔓延高温合成法‘5

5、、热压法‘74]、热等静压法‘蛉12]、脉冲放电烧结法‘13’143等。1．1气相合成法T．Goto等[3。以sicl。、TiCl。、ccl。和H2为气源，用化学气相沉积(CVD)法在1573K，总气压为40kPa条件下合成了少量的Ti3SiC2(40mm×12mm×O．4mm)。C．Racault等‘43用CVD法也合成了Ti。SiCz。结果表明采用CVD法很难得到纯的Ti。SiC。，通常含有TiC：杂质，且只能在实验室少量制备Ti。SiC。薄膜，难以进一步开发利用。1．2固相合

6、成法1．2．1自蔓延高温合成法自蔓延高温合成(SHS)法，早期也称为固态燃烧合成法。SHS作为一种新技术为合成新型的陶瓷材料提供了的途径。RPampuch等[5。用Ti、Si和C粉末在Ar气氛中、l050～1200℃收稿日期：2003一06—18通信地址：湖南省长沙市中南大学粉末冶金研究院万方数据粉末冶金材料科学与工程第9卷下合成了Ti。SiCz块状样品。此法的优点是能使粉末产生高的化学活性，提高粉末原料的烧结性能，可在较低温度下获得高密度样品[6]。但其合成温度和反应程度很难控制，导致制得的陶瓷块体除主晶相Ti。SiC。，同时也有少量的TiC、

7、SiC、或Ti—Si—C系列中其他一些亚化学计量化合物，烧结块体材料的相对密度低于95％[5]。1．2．2热压法’M．W．Barsoum等[7]以Ti、SiC和C为原料，在1600℃、40MPa下热压4h获得Ti。SiC：块体材料。其密度为4．50g／cm3，达到了理论密度的99％，siC和Ti巳的体积分数低于2．o％。另外，R．Radhakrishnan等嘲和Y．C．Zhou等[93用热压法也合成了高纯度、致密的Ti。SiC2。热压法的优点是制备工艺简单，且产物的致密度和纯度高，导电性、抗氧化性和抗热震性等性能也比用SHS法制得的材料的这些性能

8、强。1．2．3热等静压法T．EI—Raghy等[10’111在固相合成Ti。siCz方面取得了突破性的进展，他们以Ti、SiC和石墨为原料，用热等静压法在l600℃、40MPa下加热4h，得到致密的高纯度Ti。SiC2块状样品。N．F．Gao等[12]采用热等静压法也合成了致密的高纯度Ti。SiCz，其样品的Ti。SiC2含量高达99．7％，是目前所达到的最高纯度。热等静压法的优点是能够同时获得高纯度和高致密度的Ti。SiC：块体材料，与热压法相比，其合成样品的致密度更高，性能更好。尽管采用热等静压法制备产品成本较高，但由于热等静压法具备上述优点

9、而受到材料科学家们的广泛重视。1．2．4脉冲放电烧结法Z．F．Zhang等[131以Ti、C和Si粉为原料，采用脉冲放电烧结(PDS)法，在l300℃、50MPa下烧结15min合成了Ti。SiC。。得到的Ti。SiC。样品含T酊杂质的质量分数为6．4％，其相对密度为99％。他们还以Ti、TiC和SiC为原料，采用脉冲放电烧结法快速合成了高致密度的Ti。SiC：[1“。脉冲放电烧结法的优点是能在相对较低的温度和较短的时间下，获得很好的致密化效果；同时合成的材料具有晶粒细和性能好的特点，比用其他方法合成的材料具有更好的力学性能[13

10、。因此，尽管用

11、脉冲放电烧结法合成样品的纯度有待于提高和设备投资大，但脉冲放电烧结法仍有可能用于工业生产。此外还有其他一些固相合成法，S．Arunaja