热压tilt3gtsiclt2gtallt2gtolt3gt复合材料的制备及其性能研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要传统的陶瓷材料由于脆性较高使得它在塑性、韧性方面的应用受到限制，近年来一些专家学者在致力于研究一种新型的结构陶瓷材料，即是综合了金属和陶瓷的一系列优异性能的三元碳化物Ti3SiC2材料，由于该种材料具有优异的综合机械性能因而被人们认为是最具有发展前景的新型陶瓷材料之一。然而，在常温下由于其硬度低以及较低的抗蠕变强度仍然是其实用化的主要障碍。而通过添加陶瓷颗粒制备成Ti3sic2基复合材料可获得良好的力学性能，并同时保持其密度低等特点。A1203是一类具有优良性能的陶瓷。如高熔点、高硬度、化学稳定性好、抗腐蚀性好，对于Ti3SiC2是一种较好的增强相，基于

2、此，选择A1203作为增强相来合成Ti3siC2／A1203复合材料。由于固态置换原位合成反应制备工艺简单而且成本低廉，成为我们制各Ti3siC2／A1203复合材料的主要途径。本文采用原位热压技术来制备Ti3SiC2／A1203复合材料，一方面是为了更好的利用Ti3SiC2陶瓷材料好的综合机械性能：另一方面是为了研究固态氍换原位反应反应机理、反应路径以及反应机制对组织形貌的影响。本文主要对Ti02／AI的固态置换原位合成反应制备Ti3siC2／A1203复合材料的热力学计算以及Ti02、A1、TiC、Ti和Si粉末真空热压反应制备Ti3sic2／A1203复合材料进行了研究，对固

3、态置换原位反应的反应机理进行了分析，对生成物的形貌结构进行了描述，对所制各的复合材料的一些物理性能进行了测试：(1)对Ti02／AI的固态鼍换原位合成反应制备Ti3SiC2／A1203复合材料的热力学计算以及TiO、Al、TiC、Ti和Si粉末真空热压反应制各Ti3SiC2／A1203复合材料进行了研究，对固态置换原位反应的反应机理进行了分析；(2)从制备的复合材料的相组成和形貌分析的结果表明：利用所设计的固态景换合成反应可以制备出性能优良的Ti3SiC2／AI203复合材料，但是由于制备工艺的不同使得所制各的复合材料的组分相中有TiC相的存在，分析了其存在的原因：(3)对制备的复

4、合材料的性能进行了测试，得到致密度在99％以上的Ti3SiC2／A1203复合材料，同时发现随着材料中A1203含量的增加，材料的硬度明显增加，最高可以达到7．72GPa：当A1203体积含量少于20v01．％时，其弯曲强度，断裂韧性都有显著的提高。弯曲强度最高可以达到475MPa，断裂韧性最高可以达到5．8MPa·m“2：Ti3SiC2／AI203复合材料的电阻率应武汉理工大学硕士学位论文随着A1203体积分数的增加而增大，同时，Ti3SiC2／A1203复合材料在稀硝酸中，有着比Ti3SiC2单相材料更优异的抗腐蚀性能。以上研究所得成果具有一定的创新性。通过研究表明，用Ti02

5、、AI、TiC、Ti和si混合粉末采用固态置换原位反应的方法可以制备性能优良的Ti3SiC2／A1203复合材料。主题词：Ti02／AI固态置换原位反应Ti3SiC2／A1203复合材料热力学分析性能测试n武汉理工大学硕士学位论文AbstractTheapplicationinplasticityandpliabilityoftrationalceramicmalterialsisusuallyconfinedfortheirbrittleness，Anewtypestructureceramicmaterialisstudieddedicatedlybysomespecialis

6、tsinrecentyears，thatistheternarycarbideTi3SiC2material，whichcombinesmanyofthebestattributesofbothmetalsandceramics．Forthecomprehensivemechanicalpropertyofthismaterial，itisdeemedasoneofthemostdeveloppingperspectivenewceramicmaterials．However，However，someweaknesses，suchas10Whardnessandlowcreepst

7、rength，limitthepotentialapplicationofTi3SiC2asahigh—temperaturestructuralmaterial．Owingtothehighhardness，highmodulus，excellentchemicalstability，andapproximatethermalexpansioncoefficient，A1203hereinischosentoproduceTi3SiC2／A1203composite