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Ti_3AlC_2及ZrC/Ti_3AlC_2复合材料的制备与性能研究

向卫华  
【摘要】: Ti3_AlC_2兼金属和陶瓷两者的优点于一身,具有易加工、良好的导电、抗热震、抗氧化等优异性能,成为国內外研究的热点。若要促进Ti_3AlC_2在工程上广泛应用,需要批量合成高纯度、低成本Ti_3AlC_2粉体,但目前的合成工艺和原料配方都无法实现上述目标。因此,本论文主要目标是在原料配方和合成工艺等关键参数上取得突破,获得低成本,高纯度Ti_3AlC_2粉体。 本论文主要研究内容包括:利用Ti的化合物廉价粉体取代传统配料中的金属Ti粉,采用常压合成工艺,确定相关工艺参数,获得单一相Ti_3AlC_2粉体。这样不仅能在原料上直接降低合成Ti_3AlC_2粉体的成本,而且采取的工艺有利于工业化生产。在上述优化工艺参数的基础上,进一步制备致密Ti_3AlC_2块体及ZrC/Ti_3AlC_2复合材料,并研究相关性能。 研究表明:当采用TiC粉体,按Ti:TiC:Al:Sn=1:1:1:0.1,其中Sn为反应助剂,在1350~1500℃温度范围,氩气保护气氛下,保温10分钟,合成了单一相Ti_3AlC_2粉体。采用TiH_2完全取代上述配方中的Ti粉,按TiH_2:TiC:Al:Sn=1:1:l:0.1,在1500℃下,真空气氛下,保温10分钟,同样获得了单一相Ti_3AlC_2粉体。利用X—射线衍射、扫描电镜(SEM)、能谱分析、差热分析等技术手段,对Ti_3AlC_2的合成机制和反应过程进行了系统地研究,并讨论了Sn作为添加剂的作用。 在上述基础上,采用原位热压合成技术,在1500℃,30MPa压力下,热压烧结1个小时,制备了致密的Ti_3AlC_2块体材料和不同含量的ZrC颗粒增强Ti_3AlC_2复合材料。与纯Ti_3AlC_2相比,ZrC/Ti_3AlC_2复合材料表现出了更高的力学性能。利用SEM和透射电镜(TEM)对材料的微观形貌进行了分析。


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