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.     

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。     

三元层状陶瓷Ti3AlC2的研究进展

三元层状陶瓷Ti3AlC2由于兼具金属与陶瓷的优异性能,吸引了材料工作者的广泛关注.Ti3AlC2具有较低的维氏硬度,高熔点,高弯曲强度、杨氏模量和剪切模量,优良的导电导热性,自润滑性及良好的抗氧化、耐腐蚀性.综述了近年来三元层状陶瓷Ti3AlC2的制备技术及性能的研究进展,分析了Ti3AlC2的反应机理,并展望了Ti3AlC2材料的应用前景.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

分步法制备MoS2/Ti3SiC2层状复合材料

研究了采用分步法制备MoS2/Ti3SiC2层状复合材料的工艺,其制备过程分2步进行.首先制备Ti3SiC2高纯粉,再在1 400℃,30 MPa条件下热压烧结制备MoS2/Ti3SiC2层状复合材料.其MoS2含量分别为2%,4%,6%,8%(w/%).用XRD分析比较4种不同MoS2含量的烧结试样的相组成,并测试维氏硬度和电导率.实验结果表明,当MoS2含量为4%时,MoS2/Ti3SiC2烧结试样的硬度达到7.83 GPa,且电导率达到10.05×106 S·m-1.MoS2含量再增加时,烧结试样的硬度有所增大,但电导率有所下降.     

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.     

MoS2/Ti3SiC2层状复合材料的制备

采用热压烧结方法制备MoS2/Ti3SiC2(MoS2质量分数为2%)的层状复合材料.研究了不同烧结温度对烧结试样性能的影响.研究表明,在1 400℃,30 MPa压力和保温2 h条件下,可以得到致密度达99%以上的MoS2/Ti3SiC2复合材料;在Ti3SiC2中添加MoS2后,烧结温度越高维氏硬度越大;在1 400℃,烧结试样维氏硬度达6 220 MPa,高于纯Ti3SiC2材料的4 000 MPa;MoS2有良好的导电性能,使得烧结试样的电导率比较高,在1 400℃,烧结试样电导率达9.68×106 S·m-1,是纯Ti3SiC2材料的2倍.     

Ti3SiC2-SiC复合材料的耐磨擦磨损性能

以商用硅粉、碳粉、钛粉以及少量的铝粉为原料,利用放电等离子烧结技术原位反应制备了Ti3SiC2-SiC复合材料.利用盘销式摩擦磨损实验机测试了Ti3SiC2-SiC复合材料的耐摩擦磨损性能.结果表明:随着SiC含量的增加,材料相对于硬化钢的摩擦系数和磨损系数均呈下降趋势,这表明SiC的引入提高了复合材料的抗摩擦磨损性能.Ti3SiC2单相材料摩擦系数在0.8～1.0之间,而Ti3SiC2-40vol%SiC复合材料在稳态下的摩擦系数达到了0.5,Ti3SiC2-40vol%SiC复合材料相对于TisSiC2单相材料的磨损系数下降了一个数量级.Ti3SiC2-SiC复合材料的高抗磨损性归因于磨损类型的改变以及SiC良好的抗氧化性能.     

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。     

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。     

Ti3SiC2氧化膜的抗循环氧化行为

用循环氧化和用声发射技术研究了Ti3SiC2陶瓷材料氧化膜的抗剥落性和氧化膜的开裂行为。利用XRD和SEM分析了表面成分和结构。结果表明，Ti3SiC2有良好的抗循环氧化性能，腐蚀产物分成明显的两层，外层成分为TiO2，内层为TiO2和SiO2的混合物。内层有明显的贯穿性纵向裂纹。在声发射实验的恒温阶段没有观测到声信号，但在降温过程中出现了声信号，表明生长应力不会导致氧化膜破裂，而热应力导致氧化膜破裂。     

放电等离子烧结工艺合成Ti3SiC2材料

以铝为助剂结合放电等离子烧结工艺,在较低温度下快速制备出高纯致密Ti3SiC2块体材料.掺加适量铝能加快Ti3SiC2的反应合成,提高制备材料的纯度,并促进Ti3SiC2晶体的生长和材料的快速烧结致密.在升温速率为80℃/min,z轴压力为30MPa时,材料制备的最佳温度为1250～1300℃.所制备材料经XRD、SME和EDS分析表明不含TiC和SiC等杂质相,Ti3SiC2为5～15μm的板状结晶,断裂韧性为6.8±0.2MPa·m1/2,弯曲强度为420±10MPa.