ti3sic2和ti3alc2材料制备及其性能的研究

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1、摘要论文题目：TiaSiC2与Ti3．AIC,材料的制备及其性能研究学科专业：材料科学与工程研究生：指导老师：肖琪聃吕振林教授签名：I盔生独签名：逸础．n3SiC2与鸭触C2由于其独特的性能而引起人们的关注，它们是一种新型金属陶瓷材料，集金属和陶瓷特性于一身。首先，它们具有金属的一些特性，如室温下优良的导电率和导热率及高弹性模量；其次，它们还具备陶瓷的一些特性，如高屈服强度和出色的抗氧化能力。至今为止，Ti3sic2与n3舭C2的合成技术主要有：自蔓延合成技术、放电等离子合成技术和热等静压合成技术等。上述各种方法虽然能够合成T13Si

2、C2与Ti3AIC2材料，但制备过程不易控制，样品纯度低且制备成本较高。因此，本文研究的主要目的是探寻一种制备工艺简单且成本相对较低的制备鸭Sic2与-n3舢C2的新方法。采用反应烧结技术和熔渗反应烧结技术制备Ti3SiC2与珏舢C2，并对其熔渗反应过程、力学性能、导电性能及摩擦磨损性能进行了分析研究。研究了分别以Ti／Si／C、TiC／Si／Ti、Ti／SiC／C和Ti／A1／C、TiC／AI／Ti为原料反应烧结TiaSiC2与1fi3砧C2的合成工艺，利用XRD衍射、扫描电镜和能谱仪测试分析了各工艺参数对制备试样相组成及显微结构的

3、影响。结果表明：烧结温度和保温时间是制备过程中主要影响因素，适当增加原料中Si或砧的含量有助于制备高纯度的，n3SiC2与．n测C2材料。鸭SiC2最佳反应烧结工艺为：以3Ti／1．2Si／2C为原料，～气氛环境中1300℃下保温45rain，制备试样中Ti3SiC2百分含量为94．8％，气孔率为15．2％；Ti3AIC2最佳反应烧结工艺为：以3Ti／1．3Al／2C为原料，时气氛环境中1250℃下保温30min，制备试样中Ti3AIC2百分含量为96．2％，气孔率为14．3％。由此表明，利用反应烧结技术可制备高纯度的Ti3SiC2与

4、Ti3AIC2，但制备材料的气孔率较高。为了降低材料的气孔率，采用熔渗反应烧结技术来制备高纯致密的Ti3SiC2与Ti3AIC2。此外，研究了以Ti／Si／C、TiC／Si／Ti和Ti／A1／C、TiC／AI／Ti为原料熔渗反应烧结鸭siC2与面3鲇C2的合成工艺。结果表明：在最佳熔渗温度和熔渗时间下可制备高纯致密的Ti3SiC2与Zi3A1C2，原料中添加少量的引导Si或砧将有助于鸭SiC2与西3触C2的熔渗合成。T13Sic2最佳熔渗合成工艺为：以3Ti／0．3Si／2C为原料，心气氛环境中1500'(2下熔渗40min，制备试样

5、中Ti3SiC2百分含量为95．4％，气孔率为6．5％；n3mc2最佳熔渗合成工艺为：以3Ti／0．5Al／2C为原料，心气氛环境中1300"(2下熔渗30min，制备试样中Ti3AIC2百分含量为96．1％，气孔率为5．3％。因此，利用熔渗反应烧结技术可制备高纯致密的西安理工大学博士学位论文Ti3SiC2与n3砧C2材料。通过对n．Si．C和．n．越．C三元体系热力学计算及DTA／DSC分析，确定了n3sic2与，n捌C2的熔渗反应过程。鸭Sic2熔渗反应过程为：随着熔渗温度逐步升高，n与C反应生成TiC，n与Si反应生成Ti-Si

6、间化合物115Si3，115Sh与液态Si(L)共融形成n．Si(L)，面．Si(L)与TiC反应生成Ti3SiC2；面3舢C2熔渗反应过程为：随着熔渗温度的升高，n与C反应生成TiC，n与灿反应生成n枷间化合物黾触，n3m与液态砧皿)共融形成11-AI(L)，11-AI(L)与nC反应生成鸭灿C2。对熔渗反应烧结技术合成113SIC2与币3AIC2材料的力学性能和导电性能进行了测试分析，结果表明：随着试样纯度的提高其弯曲强度、布氏硬度和电导率随之增大，Ti3SiC2与．n3灿C2最高弯曲强度分别达到392．53MPa和325．13M

7、Pa，最高硬度分别为175HB和168HB；电导率分别为4．2x106S·m．1和2．7x106S·m～。113SIC2与飓砧C2的摩擦磨损性能测试结果表明：非载流条件下，113SIC2与，n≥甜C2主要磨损形式以轻微粘着磨损和磨粒磨损为主，摩擦系数最小值分别为0．18和0．11；载流条件下，主要以电弧烧蚀、氧化磨损、粘着磨损及三者耦合作用为主，摩擦系数最小值分别为0．27和0．30。因此，113SIC2与1fi捌C2表现出优良的摩擦磨损性能。关键词：113SIC2；凡舢C2；反应烧结；熔渗合成；反应过程；摩擦磨损性能IIAbstra

8、ct、Title：STUDYONTHESYNTHESISANDPROPERTIESOFT13SlC=ANDT13ALC=MATERIALMajor：MaterialsScienceAndEngineeringName：Q