Ti_3AlC_2可加工导电陶瓷及其铜基复合材料的研制

【摘要】： 本文以Ti、Al、C元素粉末为原料,详细阐述了采用机械合金化法制备三元层状可加工陶瓷Ti_3AlC_2;同时,采用热处理工艺对机械合金化后混合粉体进行提纯以获得高纯Ti_3AlC_2粉体,为Ti_3AlC_2粉体材料的制备提供了新的技术途径。另外,采用机械合金化结合放电等离子烧结技术制备Ti_3AlC_2块体,解决了Ti_3AlC_2块体制备的关键科学问题即烧结温度较高或保温时间较长等。利用合成的高纯Ti_3AlC_2粉体与Cu制备出具有优异性能的Cu/Ti_3AlC_2金属陶瓷复合材料,并研究了其磨损行为。 通过系统地研究机械合金化参数、原料配比和掺杂Si对合成Ti_3AlC_2的影响,优化并给出了机械合金化法制备Ti_3AlC_2的最佳工艺参数,合成混合粉体中Ti_3AlC_2的含量最高可达95.1wt.%。球磨粉体的热处理研究结果表明,对不同球磨参数下获得的不同Ti_3AlC_2含量的球磨混合粉体在热处理温度为1000℃,保温时间为10min均可合成纯度99wt.%的高纯Ti_3AlC_2粉体;适当延长球磨时间对随后热处理得到高纯的Ti_3AlC_2粉体几乎没有影响,但球磨时间过长,反而不利于合成高纯的Ti_3AlC_2粉体。此外,采用机械活化放电等离子烧结技术可以在低温合成高纯、甚至单相的Ti_3AlC_2或Ti3Al(Si)C2固溶体块体。放电等离子烧结制备Cu/Ti_3AlC_2复合材料发现,在较低的烧结温度,Ti_3AlC_2与Cu便发生微弱的反应,并且这种反应随保温时间的延长和烧结温度的升高,反应变得剧烈;反应主要是通过Ti_3AlC_2中的Al和Cu的相互扩散完成的,由于Cu的诱发作用,导致Ti_3AlC_2失去Al原子而分解为TiC,而Al扩散并固溶到Cu基体中形成Cu-Al合金,使复合材料具有高的强度。在磨损过程中,随Ti_3AlC_2含量的增加,Cu/Ti_3AlC_2复合材料的耐磨性明显增强。