热压Ti,3SiC,2TiB,2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Ti3SiC2是一种新型的结构陶瓷材料。由于其兼具了金属和陶瓷材料的诸多优异性能而成为材料研究人员的研究的焦点。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。TiB2是一类具有许多优良性能的陶瓷。如高熔点、高硬度、化学稳定性好、抗腐蚀性好。更为重要的是，TiB2与Ti3SiC2的结构很相似，都属六方晶系，而且两者的热膨胀系数很接近，因此，在Ti3siC2基中引入一小部分的TiB2，从

2、而制备Ti3SiC2／TiB2复合材料，就可能兼具两者的优点。本文开展了分别采用外掺法(TiC／Ti／Si／A1／TiB2粉)和原位法(Tic／T“si／B4C／AI粉)两种不同方法，结合热压工艺制备Ti3SiC2friB2块体复合材料的研究。在14000C的烧结温度下成功地制备出"FiB2体积分数分别为5％，10％，20％致密块体Ti3SiC2／TiB2材料，应用x一射线衍射分析和扫描电镜，分析研究了矫掺法(Tic，Ti，Si／AI仃iB2粉)和原位法(TiC／Ti／Si／B4C／AI粉)制备的Ti3SiC2／10v01％TiB

3、2复合材料从600℃到1400。C范围内整个制各过程的相形成规律。结果表明：在外掺法中，试样只有主晶相为Ti3SiC2与TiB2两相，衍射图谱中没有其他杂质相的存在，在900。C以前，主要形成H5si3中间相，在1000℃时，开始有少量的Ti3SiC2生成，在整个过程中，没有发现Ti3SiC2与TiB2之间有反应发生，TiB2仅与原始粉体物理混合从而推迟了反应的进行。在原位法中，当TiB2体积含量低于10v01％时，主晶相为Ti3Sic2与TiB2两相，当TiB2体积含量大于10v01％时，有杂质相TiC生成：在1000℃以前，反

4、应和外掺法中相似，在1loo℃时，rn和B4c开始反应生成TiB2相，整个过程中B4c不与其他物质反应。TiaSiC2单相材料由层、片状颗粒组成，板长约为10Ijtm。武汉理工大学硕士学位论文随TiB2含量的增加，颗粒不断的细化，可以认为TiB2晶粒呈等轴状生长，平均粒径为5rtrn，TiB2在基体材料中分布比较均匀。当TiB2体积含量高于10v01％时，复合材料中TiB2少量晶粒开始团聚。实验结果表明在1300。C至1450℃能生成Ti3SiC2和TiB2两相的复合材料。论文还研究Tel-掺法热压制备不同TiB2体积含量的T13

5、SiC2／TiB2复合材料的物理性能和腐蚀行为。当TiB2体积含量为lOv01％时，复合材料的硬度，弯曲强度，断裂韧性都有显著的提高。经热处理后，Ti3SiC2／10v01％TiB2复合材料的弯曲强度由368MPa提高至485MPa，提高幅度达32％，韧性由4．93MPa·m眈提高至5．59MPa．m”2，增幅达13％，硬度最大为8．2GPa。同时，Ti3SiC2，Ti3SiC2／5v01％TiB2，TiaSiC2／10v01％TiB2，Ti3SiC2／20vol％T迁12复合材料在室温下的电导率分别为3．86x106S·m～，4

6、．4x106S·m一，3．76×106S·m～，3．79×106S-m一，导电与单相材料相当，具有典型的金属导体特征。而Ti3SiC矿I"tB2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。关键词；碳化硅钛／二硼化碳，热压，复合材料，外掺法，原位合成，性能，腐蚀II武汉理工大学硕士学位论文ABSTRACTThelaminatedternarycarbideTi3SIC2．whichisanewkindofstmcturalceramicsmaterial，becomesthefocusofmaterialre

7、searchersattributingtoitsperfectcombinationofbothmeritsofmetalsandceramics，However,someweaknesses．suchaslowhardnessandlowcreepstrength，limitthepotentialapplicationofTisSiC2asahigh-temperaturestructuralmaterial，Owingtothehighhardness，highmodulus，excellentchemicalstabil

8、ity,andapproximatethermalexpansioncoefficient，TiB2hereinischosentoproduceTisSiCzrlIB2compositesinordertoincreasethehardnessa