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Ti3SiC2/SiC 复合材料原位制备技术及其组织、性能研究

周晓龙  
【摘要】: 陶瓷材料的脆性限制了其应用的范围,而Ti_3SiC_2陶瓷材料由 于其高温条件下具有较好的塑性行为,以及好的综合机械性能, 从而被认为是最具有发展前景的韧性陶瓷,受到研究者的高度重 视。但是由于制备纯相的Ti_3SiC_2陶瓷材料的工艺条件范围比较狭 小,获得大尺寸的Ti_3SiC_2陶瓷材料很困难,因此,制备Ti_3SiC_2 基复合材料成为利用Ti_3SiC_2陶瓷材料好的综合机械性能的一条途 径。而固态置换原位反应以其制备方法简单、成本低廉等优点, 成为制备Ti_3SiC_2基复合材料的首选制备方法。 本文采用原位热压技术来制备Ti_3SiC_2/SiC复合材料,一方面 是为了更好的利用Ti_3SiC_2陶瓷材料好的综合机械性能;另一方面 是为了研究固态置换原位反应反应机理、反应路径,以及界面反 应机制对组织形貌的影响。而化学势稳定性相图是判断化学反应 路径的有效工具,为了计算化学势稳定性相图,我们提出了一种 简单估算中间化合物Gibbs生成自由能的方法——影射分解矩阵 模型,并根据Ti-Si-C三元相图得到了各元素的化学势相图,得出 了合成Ti_3SiC_2/SiC复合材料的反应路径。通过实验,我们获得了 Ti_3SiC_2/SiC复合材料,且利用反应物C、Si的调控作用,制备出 机械性能不同的Ti_3SiC_2/SiC复合材料,以满足不同的工作环境; 由实验结果,探讨了合成Ti_3SiC_2/SiC复合材料固态置换原位反应 机理,及界面的生长方式。 由实验结果发现,硅流失是造成化学反应不完全的主要因素, 而硅的流失主要是由于温度与压力的影响,因此调整制备工艺, 特别是调整温度与压力的关系对合成Ti_3SiC_2/SiC复合材料是必要 的。


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