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。     

柔性陶瓷三元层状碳化物Ti3SiC2的金属特性

Ti3SiC2兼有金属和陶瓷材料的优异性能，是新一代高性能高温结构材料、电工材料、自润滑轴承的理想侯选对象。重点介绍制备Ti3SiC2的主要方法：气相沉积法、自蔓延高温合成法、热压和热等静压法、放电等离子烧结法，并论述了Ti3SiC2的未来研究方向和潜在的应用前景。     

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。     

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。     

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.     

新型层状陶瓷材料Ti3SiC2

六方晶Ti3SiC2是由Si原子形成的Si层被TiC八面体连接起来的构成的层状晶体结构,这种结构赋予它象石墨一样具有润滑性和可加工性,时结合了金属和陶瓷的许多优良性能,具有较好的导电性和导热性,高温延性,抗热震,高强度以及抗氧化等。在国内外研究资料的基础上,对此材料的晶体结构,制备方法,各种性能等方面的研究做了较系统地论述,并展望了此材料的研究方向。     

TiCx在Ti3SiC2母相上的析出

从ＴｉＣ和Ｔｉ３ＳｉＣ２的晶体结构出发,分析了析出的ＴｉＣｘ晶粒与Ｔｉ３ＳｉＣ２晶粒的位相匹配关系和析出行为,研究了ＴｉＣｘ晶粒的析出对Ｔｉ３ＳｉＣ２材料力学性能的影响。研究发现,ＴｉＣｘ在Ｔｉ３ＳｉＣ２的基面上析出,二者之间的界面分别为ＴｉＣｘ和Ｔｉ３ＳｉＣ２中Ｔｉ原子的密排面,而且错配度较低。从ＴｉＣｘ与Ｔｉ３ＳｉＣ２晶粒的位相匹配关系,推断出ＴｉＣｘ｛１１１｝∥Ｔｉ３ＳｉＣ２｛０００１｝、ＴｉＣｘ｛１１１｝∥Ｔｉ３ＳｉＣ２｛２０２＾－５｝、ＴｉＣｘ｛００１｝∥Ｔｉ３ＳｉＣｚ｛１０１＾－５｝。ＴｉＣｘ相的析出会降低Ｔｉ３ＳｉＣ２材料硬度和韧性。     

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.     

Ti3SiC2晶粒生成模型

提出了关于Ｔｉ３ＳｉＣ２晶粒生长的模型。在Ｔｉｓ３ＳｉＣ２晶粒的生长中，Ｔｉ６Ｃ八面体可以作为一个独立的生长单元，Ｔｉ６Ｃ八面体的联接方式（如共面，共梭、共顶）将会对Ｔｉ３ＳｉＣ２的生长形貌和生长行为产生很大的影响。这个模型可以解释有关Ｔｉ３ＳｉＣ２生长形貌的许多现象，如在使用ＣＶＤ法制备Ｔｉ３ＳｉＣ２时出现的｛１１２＾－０｝织构。     

Ti3SiC2材料中Ti3SiC与TiC的界面关系

用透射电子显微镜研究了Ｔｉ３ＳｉＣ２材料中Ｔｉ３ＳｉＣ２与ＴｉＣ的界面关系。结果表明ＴｉＣ和Ｔｉ３ＳｉＣ２颗粒都可能生长在另一相中,Ｔｉ３ＳｉＣ２中的ＴｉＣ颗粒与Ｔｉ３ＳｉＣ２没有明显的晶体学关系,而ＴｉＣ中的Ｔｉ３ＳｉＣ２与ＴｉＣ之间有下列晶体学关系,（１１１）ＴｉＣ／／（０００１）Ｔｉ３ＳｉＣ２,（００２）ＴｉＣ／／（１ １＾－０４）Ｔｉ３ＳｉＣ２,（１ １＾－０）ＴｉＣ／／「１１０」Ｔｉ２ＳｉＣ２。     

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.     

3Ti/Si/2C/0.2Al粉体在空气中燃烧合成Ti3SiC2

采用机械活化的3Ti/Si/2C/0.2Al单质粉体为原料,在空气中发生自燃反应,成功地合成了Ti₃SiC₂基材料. 采用XRD、SEM和EDS等手段,分析了合成产物的相组成和微观结构特征. 结果表明,机械合金化3Ti/Si/2C/0.2Al单质混合粉体,不仅细化了粉体颗粒,而且产生严重的晶格畸变,从而明显提高了粉体的反应活性. 把机械活化的粉体暴露在空气中,会发生剧烈的燃烧反应,并引发自蔓延反应,合成Ti₃SiC₂,冷却后变成多孔块体产物. 燃烧产物由Ti₃SiC₂、TiC和微量氧化物组成. 产物中Ti₃SiC₂含量约为83wt%. 产物表层比较致密和均匀,而内部则粗糙且多孔. 产物的表面是以Al₂O₃和TiO₂为主相的氧化膜,氧化物颗粒大小约为2~4μm. 氧化膜厚度约为5~10μm,比较致密. 内部为Ti3SiC2和TiC材料,板条状Ti₃SiC₂晶粒长约20~40μm,宽约2~4μm,发育完善. 粒状TiC晶粒大小约为3μm.     

Cu/Ti3SiC2/TiB2复合材料的研究

采用化学镀Cu的TiB2粉和Ti3SiC2粉与cu粉进行湿混,通过真空无压烧结法制备TiB2增强的Cu-Ti3SiC2复合材料.研究了其致密度、硬度随TiB2含量变化的规律.因为TiB2镀Cu和Ti3SiC2镀Cu改善了它们与Cu的湿润性而提高了相互之间的结合强度,从而提高了TiB2增强cu-Ti3SiC2复合材料的效果.结果表明,在Ti3SiC2含量为20%(体积分数),烧结温度为950℃时制备Cu/Ti3SiC2/TiB2的复合材料致密性最好,硬度最高.     

燃烧合成Ti3AlC2粉体的机理研究

利用淬火实验并结合XRD、SEM研究了燃烧合成Ti₃AlC₂粉体的机理.实验结果表明,燃烧合成Ti₃AlC₂粉体的机理是溶解再析出机制.即先生成的TiC晶核重新溶解到Ti-Al熔体中,同时三元碳化物开始析出并发育成层状结构.反应可以分为三个阶段:A.预热阶段;B.初始反应阶段;C.溶解析出阶段.     

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.     

Ti_3SiC_2-Ag复合材料与不同摩擦配副的摩擦磨损性能

采用放电等离子烧结技术制备了Ti3Si C2-Ag复合材料,研究了其在室温下与Si3N4、Al2O3、Si C等摩擦配副对摩时的摩擦磨损性能,并与纯Ti3Si C2材料在相同摩擦配副条件下的摩擦磨损性能进行了对比。运用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪等对磨损表面的形貌组织和元素价态等进行了表征分析,并探讨了摩擦磨损机理。结果表明:摩擦配副材料的不同对Ti3Si C2-Ag复合材料的摩擦磨损行为有显著影响,Ti3Si C2-Ag复合材料与Si C和Si3N4对摩时,磨损率均较低,尽管存在晶粒拔出等机械磨损,但Ti O2和Si Ox等摩擦氧化膜的形成有效地抑制了晶粒拔出并起到了减摩作用;Ti3Si C2-Ag复合材料与Al2O3对摩时磨损率则较高,以脆性断裂、晶粒拔出为主的机械磨损是该摩擦副的主要磨损机制。Ti3Si C2材料与Si3N4和Al2O3对摩时,包含脆性断裂、晶粒拔出、脱落以及磨粒磨损在内的机械磨损是其主要的磨损机制;Ti3Si C2材料与Si C对摩时,磨损表面的塑性变形和氧化膜起到了抑制晶粒拔出的作用,使得Ti3Si C2的磨损率相对较低。