Ti3SiC2/SiC功能梯度材料的制备及其性能研究

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Ti3SiC2具有良好的韧性,但高温抗蠕变性和1100℃以上抗氧化性差。SiC为高性能的结构陶瓷,具有优异的高温抗蠕变性和抗氧化性,但韧性差。本文将这两种材料取长补短,在组成和结构上实现了逐渐过渡,从而制备出一种功能梯度材料(FGM)。由于强共价键特性,SiC需2000℃左右的高温和50 MPa以上的压力才可实现致密烧结。而Ti3SiC2的最佳烧结温度范围为1500-1600℃,且Ti3SiC2在1700℃以上(即使在惰性气氛保护下)将不可避免地分解成TiC。这一矛盾构成了Ti3SiC2/SiC FGM制备的难点,需探索新的致密化方法。本文提出了一种局部浸渍法-定位浸渍技术。定位浸渍工艺使得SiC体积分数大于70%的层显著致密化,同时对其他层几乎无影响,并保留了层与层之间弱的界面。经定位浸渍后,FGMs的致密度显著提高。由于定位浸渍对致密化的影响,在1600℃热压的FGM,其密度从3.47增加到3.79 g/cm3,开气孔率从11.2%下降到1.98%;在1700℃热压的FGM,其密度从3.50增加到3.83 g/cm3,开气孔率从10.8%下降到1.58%。在1600和1700℃下热压浸渍的FGMs,不仅具有高的弯曲强度,而且具有锯齿形的载荷-位移行为。这些FGMs的弯曲强度分别为436和485 MPa;相比之下,在1600,1700和1800℃下热压未浸渍的FGMs,其分别为235,268和328 MPa。此外,这些FGMs的断裂韧性分别为8.23和7.15 MPa·m1/2;相比之下,在1600,1700和1800℃下热压未浸渍的FGMs,其分别为6.77,7.05和4.65 MPa·m1/2。在1600℃下热压的FGM,其抗氧化性经定位浸渍后显著提高。在1400℃下氧化20 h后,其质量增重百分比仅为12.9%,比在1600和1800℃下热压未浸渍的FGMs分别低45%和20%,比Ti3SiC2/30 wt%SiC复合材料低39%。对于未浸渍的FGM,中心过渡层显示出最好的抗氧化性,而朝向两端的梯度层,其抗氧化性逐渐恶化。随着层中Ti3SiC2含量的增加,电阻率先下降后缓慢下降,最后趋于恒定。所有浸渍的样品在X波段的总屏蔽效能(SET)均为43-52 dB。因此,通过定位浸渍制备的Ti3SiC2/SiC FGM可潜在应用于优异的电磁屏蔽或电磁吸收材料领域中。此外,添加γ-Al2O3纳米粒子并没有明显改善SET,但在纯SiC层作为入射面的情况下SET略有提高。与纯SiC层作为入射面的情况相比,当纯Ti3SiC2层作为入射面时,SET增强。对于所有样品,无论纯Ti3SiC2层或纯SiC层作为入射面时,SEA均高于SER
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