三元层状化合物Ti3SiC2研究现状及发展

介绍了三元层状化合物Ti3SiC2的结构、各种性能特征及其常用的制备方法，包括CVD法、自蔓延高温合成法摘要和热压烧结成型法等。论述了三元层状Ti3SiC2材料的抗高温氧化及氧化动力学规律，以及在高温熔盐体系下的腐蚀动力学规律。     

三元层状碳化物Ti3SiC2的研究进展

本文综合介绍Ti3SiC2的最新研究进展。三元碳化物Ti3SiC2属于层状六方晶体结构，空间群为P63/mmC；它同时具有金属和陶瓷的优良性能，有良好的导电和导热能力，高弹性模量和低维氏显微硬度，在室温下可切削加工，在高温下能产生塑性变形，良好的高温热稳定性和优秀的抗氧化性能；应用CVD、SHS、HP／HIP等方法可制备该化合物，用HIP方法能制备高纯、致密的Ti2SiC2陶瓷；Ti3SiC2陶瓷材料自身有抵抗损伤的机理。     

陶瓷添加物对Ti_3SiC_2基复合材料抗氧化性的影响

为研究陶瓷添加物对Ti3SiC2基复合材料性能的影响,首先,采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2材料及陶瓷添加物含量均为30wt%的SiC/Ti3SiC2、Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料。然后,测试了材料的力学性能和导电性,在1 373~1 773K温度范围内对Ti3SiC2基复合材料的抗氧化性进行了研究,并对其烧结试样的物相组成和显微结构等进行了表征。结果表明:Ti3SiC2在高温氧化后的主要产物为TiO2和SiO2;氧化层分为内外2层,内层由TiO2与SiO2这2相混合组成,外层为TiO2;氧化层中存在大量显气孔,结构较为疏松,导致抗氧化性较差。与Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料相比,SiC/Ti3SiC2复合材料具有更好的抗氧化性。     

MAX相Ti3SiC2高导电涂层的研究进展

钛硅碳(Ti3 SiC2,TSC)是一种兼具金属材料和陶瓷材料优异性能的新型三元化合物MAX相.Ti3 SiC2作为高导电功能涂层具有很大的应用潜力,近年来受到越来越多的关注.Ti3 SiC2涂层的制备技术在不断改革优化,主要有五种常见制备工艺,分别是化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)、固相反应合成法(Solid-state reaction)、气溶胶沉积法(ADM)和热喷涂法(Thermal spraying).Ti3 SiC2涂层的性能在很大程度上与其纯度相关,通常制得的Ti3 SiC2涂层均含有一定程度的杂质,这是制约其广泛应用的一个重要因素.Ti3 SiC2涂层中经常出现的杂质主要是TiC、Ti5 Si3、SiC、TiSi2等,不同的制备方法产生的杂质种类也不一样.为了提高Ti3 SiC2涂层的纯度,需要对其制备工艺进行探索和优化.目前,反应化学气相沉积(RCVD)实现了通过消耗碳化硅(SiC)子层在石墨基底上生长纯Ti3 SiC2涂层.近年来利用ADM也实现了在室温下合成纯Ti3SiC2涂层,这一技术降低了常规Ti3SiC2涂层的合成温度.此外,PVD法不仅为低温制备Ti3SiC2涂层提供了可能性,还实现了Ti-Si-C复合涂层的工业化生产.本文综述了Ti3 SiC2涂层的研究现状,分析了Ti3 SiC2涂层独特的晶体结构及优异性能,介绍了近年来几种常见的Ti3 SiC2涂层制备技术,并指出了目前合成纯Ti3 SiC2涂层所面临的巨大挑战.     

三元层状碳化物Ti3SiC2的研究进展

本文综合介绍Ti3SiC2的最新研究进展.三元碳化物Ti3SiC2属于层状六方晶体结构,空间群为P63/mmC;它同时具有金属和陶瓷的优良性能,有良好的导电和导热能力,高弹性模量和低维氏显微硬度,在室温下可切削加工,在高温下能产生塑性变形,良好的高温热稳定性和优秀的抗氧化性能;应用CVD、SHS、HP/HIP等方法可制备该化合物,用HIP方法能制备高纯、致密的Ti3SiC2陶瓷;Ti3SiC2陶瓷材料自身有抵抗损伤的机理.     

Ti3SiC2陶瓷材料的制备及抗烧蚀行为

以固溶少量Al的Ti3SiC2粉体为原料,采用热压烧结工艺制备出致密度大于99％的Ti3SiC2陶瓷块体材料,其硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为775HV,520.46 MPa和7.62 MPa·m1/2.对Ti3SiC2块体在无冷却条件下进行抗氧乙炔焰烧蚀实验,结果表明:烧蚀10 s内Ti3SiC2陶瓷保持表面平整,烧蚀25 s内样品未出现宏观裂纹.SEM和XRD观察分析表明,Ti3SiC2陶瓷在高温乙炔焰和氧气的高热流冲击作用下,表面发生分解和氧化,Si和C被氧化为Si-O化物和C-O化物气体逸出,Ti元素被氧化成高温稳定的TiO2金红石相覆盖在表面;氧化层呈3层结构分布,最外层为结构疏松的TiO2,次表层则为TiO2和Al2TiO5组成的致密复合层,内氧化层为致密Al2O3富集层,Al2O3来源于固溶在原料Ti3SiC2中Al元素的氧化,并在高温下与TiO2反应生成了Al2 TiO5.具有高黏度和高熔点的Al2O3富集层可以有效阻碍O2和热流向基体的扩散,从而降低基体的氧化速率,提高Ti3SiC2材料的抗烧蚀性能.     

Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料，一是原位-热压法，即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的；一是分步法，即制备过程分两步进行，首先制备出Ti3SiC2高纯粉，再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上，断裂功达到1200-1560J／m^2，相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外，不同的制备方法得到不同的组成和显微结构，决定了这两种Al2O3／Ti3SiC2层状复合材料性能的差异：前者强度较高韧性较低，后者强度较低而韧性较高。     

新型的高性能陶瓷材料Ti3SiC2的研究现状

Ti3SiC2是一种新型的高性能陶瓷材料,既具有金属的优异性能,如在常温下有很好的导热性能、导电性能、良好的抗热震性、易加工性以及高温塑性,又具有陶瓷的优异性能,如高的屈服强度、高熔点、高热稳定性、高温强度以及良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能.因此,Ti3SiC2可用作交流电机的电刷材料,航空发动机的涡轮叶片、固定子材料和金属熔炼的电极材料等.主要介绍了Ti3SiC2的晶体结构、制备方法、性能和应用.     

放电等离子烧结制备Ti3SiC2材料的研究

本文报道分别以Ti/Si/C,Ti/SiC/C为原料，采用放电等离子烧结工艺制备Ti3SiC材料的研究结果，以元素单质粉为原料，掺加适量Al作助剂能加速Ti3SiC2的反应合成并提高材料的纯度，在1200－1250℃的温度下能制备出经XRD，SME和EDS表征不含TiC和SiC等杂质相的纯净Ti3SiC2材料，而以Ti/SiC/C为原料时，有无Al作助剂都难以制备出纯净的Ti3SiC2，其反应合成温度明显高于以元素单质粉为原料的。     

Ti_3SiC_2/SiC惰性阳极材料在Al电解中的电化学腐蚀速率

Ti3SiC2/SiC是工业熔盐铝电解生产中的主要阳极材料,当前对其电化学腐蚀研究报道不多。采用原位热压法制备了不同SiC含量的Ti3SiC2/SiC复合材料,研究了其在电解铝中的电化学腐蚀行为,并利用XRD和SEM进行了腐蚀产物和微观形貌分析。结果表明:SiC的含量对Ti3SiC2/SiC复合材料的腐蚀速率有较大的影响;Ti3SiC2/3SiC的腐蚀速率最小;阳极腐蚀产物主要是TiO2和少量的SiO2,其表面形成了一层致密的TiO2氧化膜,有效阻止了氧原子向基体扩散,组成为Ti3SiC2/3SiC的表面氧化膜致密度高,腐蚀程度最小;SiC的含量影响氧化膜的表面结构,进而影响着复合材料在电化学腐蚀中的抗腐蚀性能。     

金刚石表面形成Ti3SiC2的反应机理

采用Ti、Si、TiC、金刚石磨料为原料,通过放电等离子烧结(SPS),制备了Ti3SiC2陶瓷结合剂金刚石材料.研究结果表明,Ti-Si-2TiC试样经SPS加热的过程中位移、位移率和真空度在1200℃时发生明显变化,表明试样发生了物理化学变化.XRD分析结果表明1200℃时试样发生化学反应生成了Ti3SiC2.随着温度升高,试样中Ti3SiC2含量逐渐增加.当烧结温度为1200℃、1300℃、1400℃和1500℃时,产物中Ti3SiC2含量分别为65.9%、79.97%、87.5%和90.1%.在Ti/Si/2TiC粉料中添加适量的金刚石5%和10%进行烧结,并未抑制Ti3SiC2的反应合成.SEM观察表明,金刚石与基体结合紧密,同时其表面生长着发育良好的Ti3SiC2板条状晶粒.提出了一种金刚石表面形成Ti3SiC2的机制,即金刚石表面的碳原子首先与周围的Ti反应生成TiC,然后TiC再与Ti-Si相发生化学反应,生成Ti3SiC2.     

First—principle Calculation of the Properties of Ti3SiC2

The electronic and structural properties for Ti3SiC2 were studied using the first-principle calculation method.By using the calculated band structure and density of states,the high electrical conductivity of Ti3SiC2 are explained ,The bonding character of Ti3SiC2 is analyzed in the map of charge density distribution.     

Tribological Behavior of Ti3SiC2—based Material

The wear and friction properties of Ti3SiC2-based materials were studied using the pin-on-disc method. The friction coefficient of Ti3SiC2-based material was not very sensitive to normal load, the steady state value, μ, increased from 0.4 to 0.5 when the normal load increased from 7.7 N to 14.7 N. The wear volume for Ti3SiC2 disc increased with increasing normal load or sliding distance in the tests. The average wear rate of Ti3SiC2-based material was 9.9×10-5 mm3/Nm. The debris on the Ti3SiC2 disc was essentially made up of Ti3SiC2 and steel pin materials, while the debris on the steel sliders was generally pin material. The wear mechanism was concluded as the fracture and delamination of Ti3SiC2-based materials followed by adhesive wear of steel sliders.     

可加工三元层状导电陶瓷Ti3SiC2的研究进展

TbSiC2陶瓷材料具有良好的综合性能,如极好的导电、导热能力,优良的可加工性,高的抗氧化性、耐化学腐蚀性,出色的抗热震性、高温强度和高温塑性,良好的自润滑性等。本文从结构、性能以及制备方法等方面对国内外层状陶瓷Ti3SiC2如的研究进行了综述,并对其应用前景进行展望。     

液硅渗透法制备Ti3SiC2改性C/CSiC复合材料

采用浆料浸渗结合液硅渗透法原位生成高韧性Ti₃SiC₂基体, 制备Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料。研究了TiC颗粒的引入对熔融Si浸渗效果的影响, 分析了Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料的微结构和力学性能。实验结果表明: TiC与熔融Si反应生成Ti₃SiC₂是可行的, 而且C的存在更有利于生成Ti₃SiC₂; 在含TiC颗粒的C/C预制体孔隙(平均孔径22.3 μm)内, 熔融Si的渗透深度1 min内可达10.8 cm; Ti₃SiC₂取代残余Si后提高了 C/C-SiC复合材料的力学性能, C/C-SiC-Ti₃SiC₂复合材料的弯曲强度达203 MPa, 断裂韧性达到8.8 MPa·m1/2; 对于厚度为20 mm的试样, 不同渗透深度处材料均具有相近的相成分、 密度和力学性能, 无明显微结构梯度存在, 表明所采用的浆料浸渗结合液硅渗透工艺适用于制备厚壁Ti₃SiC₂改性C/C-SiC复合材料构件。      

Current Status in Layered Ternary Carbide Ti3SiC2, a Review

This article provides a review of current research activities that concentrate on Ti3SiC2. We begin with an overview of the crystal and electronic structures, which are the basis to understand this material. Followings are the synthetic strategies that have been exploited to achieve, and the formation mechanism of Ti3SiC2. Then we devote much attentions to the mechanical properties and oxidation/hot corrosion behaviors of Ti3SiC2 as well as some advances achieved recently. At the end of this paper, we elaborate on some new discoveries in the Ti3SiC2 system, and also give a brief discussion focused on the "microstructure -property" relationship.     

原位生成TiC/Ti5Si3纳米复合材料的显微结构研究

研究了原位生成ＴｉＣ／Ｔｉ_５Ｓｉ_３纳米复合材料的显微结构．实验结果表明,以ＳｉＣ和Ｔｉ 为原料,通过反应热压工艺可以原位合成ＴｉＣ／Ｔｉ_５Ｓｉ_３复合材料,其中的大部分ＴｉＣ粒子为纳 米粒子．ＴｉＣ晶粒与Ｔｉ_５Ｓｉ_３晶粒的晶界上存在原子台阶．复合材料还含有少量Ｔｉ_３ＳｉＣ_２相．这 些Ｔｉ_３ＳｉＣ_２相主要呈棒状分布在Ｔｉ_５Ｓｉ_３基体中,另有少量Ｔｉ_３ＳｉＣ_２相位于大的ＴｉＣ晶粒内．     

无压烧结Ti3SiC2/铝基复合材料组织与性能

MAX相具有独特的层状晶体结构,不但具备常用铝基复合材料外加陶瓷颗粒的性能特征,同时具有可与石墨媲美的摩擦性能.本文以Al粉、Si粉和典型MAX相Ti_3SiC_2为原料,采用冷压成型-无压烧结方法制备了Ti_3SiC_2/Al-Si复合材料,并通过金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等分析手段,研究了烧结温度、Si元素含量对复合材料组织与性能的影响.研究表明:随着烧结温度从500℃提高到700℃,复合材料致密度先上升后下降,摩擦系数先降低后上升,硬度逐渐增大至最大值并基本保持稳定;随着Si质量分数从0增加到20.7%,复合材料的致密度逐渐降低,硬度逐渐增大,摩擦系数先降低后增大,晶粒尺寸随之下降,12.5%Si晶粒最为细小;烧结温度为650℃,Si元素质量分数为12.5%的铝基复合材料具有最低的摩擦系数0.18,相应的硬度为62 HV,致密度为92.12%.XRD物相和扫描电镜组织分析表明,复合材料的主要相组成为Al、Ti_3SiC_2,及由界面反应产生的Al_4C_3和Al的氧化产物Al_2O_3.     

微波烧结制备MAX-cBN复合材料及其反应机理研究

采用Ti3SiC2与Ti3AlC2粉体和cBN粉体为原料,通过微波烧结制备Ti3SiC2与Ti3AlC2结合剂cBN复合材料,同时研究cBN的含量对该复合材料的物相组成与显微形貌的影响。结果表明,Ti3SiC2-cBN试样烧结后得到了SiC、TiSi2、TiC、TiO、TiO2、SiO2。cBN添加量为10%的复合材料中Ti3SiC2分解较为严重。试样烧结后基体组织比较细小,只有几微米。当原料中cBN含量为20%时,cBN表面会形成凹凸不平的组织。Ti3AlC2-cBN试样烧结后得到了Ti2AlC、TiC、Ti、Al、Al2O3,Ti3AlC2材料分解完全。cBN含量较高时,它可以与Ti3AlC2或其分解产物充分反应,形成相应的氮化物或碳氮化物。