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热压Ti_3SiC_2/TiB_2复合材料的制备及其性能研究

朱达炎  
【摘要】:Ti_3SiC_2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Ti_3SiC_2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。 TiB_2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,TiB_2与Ti_3SiC_2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Ti_3SiC_2基中引入一小部分的TiB_2,从而制备Ti_3SiC_2/TiB_2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/Al/TiB_2粉)和原位法(TiC/Ti/Si/B_4C/Al粉)两种不同方法,结合热压工艺制备Ti_3SiC_2/TiB_2块体复合材料的研究。在1400℃的烧结温度下成功地制备出TiB_2体积分数分别为5%,10%,20%致密块体Ti_3SiC_2/TiB_2材料,应用X—射线衍射分析和扫描电镜,分析研究了外掺法(TiC/Ti/Si/Al/TiB_2粉)和原位法(TiC/Ti/Si/B_4C/Al粉)制备的Ti_3SiC_2/10vol%TiB_2复合材料从600℃到1400℃范围内整个制备过程的相形成规律。结果表明:在外掺法中,试样只有主晶相为Ti_3SiC_2与TiB_2两相,衍射图谱中没有其他杂质相的存在,在900℃以前,主要形成Ti_5Si_3中间相,在1000℃时,开始有少量的Ti_3SiC_2生成,在整个过程中,没有发现Ti_3SiC_2与TiB_2之间有反应发生,TiB_2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TiB_2体积含量低于10vol%时,主晶相为Ti_3SiC_2与TiB_2两相,当TiB_2体积含量大于10vol%时,有杂质相TiC生成;在1000℃以前,反应和外掺法中相似,在1100℃时,Ti和B_4C开始反应生成TiB_2相,整个过程中B_4C不与其他物质反应。Ti_3SiC_2单相材料由层、片状颗粒组成,板长约为10μm。


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