【摘 要】
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三元层状碳化物Ti3SiC2由于其优异的性能而受到材料科学工作者的广泛重视。Ti3SiC2综合了金属和陶瓷的诸多优良性能,它同金属一样,在常温下,有很好的导热性能和导电性能,相对
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三元层状碳化物Ti3SiC2由于其优异的性能而受到材料科学工作者的广泛重视。Ti3SiC2综合了金属和陶瓷的诸多优良性能,它同金属一样,在常温下,有很好的导热性能和导电性能,相对较低的维氏硬度和较高的弹性模量,在常温下有延展性。同时,它具有陶瓷材料的性能,有高的屈服强度、高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能,在高温下能保持高强度。而更为重要的是,它不同于传统碳化物陶瓷,可以像金属一样,用传统的加工方式进行加工,并具有比二硫化钼和石墨更低的摩擦系数和优良的自润滑性能。但由于Ti3SiC2易于劈裂的片层特性和相对较低的硬度使其抗磨损性能较差,难以得到工程应用。Ti(C,N)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。因此,在Ti3SiC2基体中引入一小部分的Ti(C,N),从而制备出Ti3SiC2/Ti (C, N)复合材料,就可能兼具两者的优点。本文以4Ti/2SiC/lTiC/0.2Al的配比元素粉末为原料在1400℃无压烧结制备Ti3SiC2粉末,然后用Ti(C,N)质量含量为5wt%、10wt%、15wt%、20wt%进行配比混料,配制Ti(C,N)和Ti3SiC2混合原料,压胚脱腊后再在1250~1400℃下保温1h的工艺条件下真空热压烧结制备Ti3SiC2/Ti(C,N)材料。研究Ti3SiC2/Ti(C,N)材料的相组成、显微结构和性能。具体如下:(1)利用真空碳管炉烧结制备了Ti3SiC2/Ti (C, N)材料。通过XRD分析其组成成分,结果表明材料的主要成分为Ti3SiC2和Ti(C,N),还含有少量的SiC和TiC。对烧结后试样断口形貌SEM的分析可知,Ti3SiC2相呈典型的板状形貌特征,同时第二相Ti(C,N)相呈颗粒状,起到颗粒增强作用,提高了材料的密度和硬度。(2)在Ti3SiC2材料中加入Ti(C,N)提高了材料的硬度,使材料具有更好的抗犁削作用的能力,有效的提高了材料的摩擦磨损性能。但在较大的载荷和较高的速度条件下,材料中的硬质相在载荷和剪切力的作用下被剥落而形成的凹坑,这些被剥落的硬质相在摩擦副中充当磨粒的作用,使得材料的摩擦磨损性能下降。摩擦过程中氧化膜的生成有利于改善材料的摩擦磨损性能。(3)氧化动力学研究表明,试样在800℃和1000℃时40次循环氧化过程的动力学曲线遵循抛物线规律,1200℃时的40次循环氧化分为两个抛物线,分别符合抛物线规律。800℃和1000℃的氧化膜主要为TiO2和少量的SiO2,而1200℃时则主要为TiO2。材料表面形成的致密的氧化膜阻止了材料进一步的氧化,从而使材料具有良好的抗氧化性能。
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