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.     

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.     

无压烧结制备Ti_3SiC_2-SiC复合材料块体EI北大核心

以钛粉、硅粉和石墨粉为原料,通过无压烧结法制备了Ti3SiC2-SiC块体复合材料。利用X射线衍射仪对制得的样品进行相分析,并运用扫描电镜分析材料的微观结构,用差热分析仪测定反应温度。结果表明,Ti∶Si∶C=0.42∶0.23∶0.35时,可制得纯度较高的Ti3SiC2-SiC复合材料块体,只含有极少量的TiSi2杂质。Ti3SiC2晶粒无特定的生长方向,平均长度在10μm以下,厚度小于5μm。略高的Si含量有利于获得纯度较高的Ti3SiC2-SiC复合材料。     

Ti3SiC2/Cu复合材料的制备与摩擦磨损性能

以Ti₃SiC₂陶瓷粉和Cu粉作为原料,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备Ti₃SiC₂/Cu块体复合材料,研究不同Ti₃SiC₂添加含量及烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的组织、致密度和显微硬度的影响,研究SPS后Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能。研究表明:采用SPS工艺制备的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的Ti₃SiC₂在Cu中分布均匀,但随着Ti₃SiC₂含量的增加和烧结温度的升高,组织中出现团聚趋势,部分Ti₃SiC₂与Cu在界面处发生互溶现象,互溶增强了Ti₃SiC₂与基体的结合能力;Ti₃SiC₂含量和烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度和显微硬度影响较大,当烧结温度为900℃时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度达到99.7%,接近完全致密,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的硬度较纯Cu提高了2倍左右;对于不同Ti₃SiC₂含量的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损机制也有所差异,当Ti₃SiC₂含量较低时(1vol%~5vol%),磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着Ti₃SiC₂含量的增加(10vol%~15vol%),Ti₃SiC₂发挥了本身的自润滑性,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能有所改善,磨损机制转为犁削磨损和轻微黏着磨损;当Ti₃SiC₂含量增加到20vol%时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损表面变得均匀而平整,表明Ti₃SiC₂/Cu复合材料的耐磨性提高。      

TaC/Ti3SiC2复合材料的制备与性能

采用反应热压烧结法制备了TaC/Ti₃SiC₂复合材料,借助XRD、SEM、能谱仪以及热重分析等,研究了TaC含量对TaC/Ti₃SiC₂复合材料的相组成、显微结构、力学性能和抗氧化性的影响。结果表明: 采用反应热压烧结法可以制备出致密的TaC/Ti₃SiC₂复合材料,该复合材料的主晶相为Ti₃SiC₂和TaTiC₂,还含有少量的TiC;随着TaC含量的增加,TaC/Ti₃SiC₂复合材料的弯曲强度和断裂韧性呈现先增大后降低的变化趋势,当TaC含量为30wt%时,二者均达到最大值,此时弯曲强度为404 MPa,断裂韧性为4.10 MPa·m^1/2;TaC的引入,使TaC/Ti₃SiC₂复合材料抗氧化性能明显优于Ti₃SiC₂材料。     

无压熔渗制备TiC/Ti3SiC2复合材料高速载流摩擦磨损性能

采用无压熔渗反应烧结技术制备了TiC/Ti₃SiC₂复合材料,通过HST-100型载流摩擦磨损试验机,在60~90 m/s滑动速度范围内,对TiC/Ti₃SiC₂复合材料的高速载流摩擦磨损性能进行了研究。结果表明：当与HSLA80配副时,TiC/Ti₃SiC₂的摩擦磨损性能与摩擦速度和TiC含量呈现出一定的相关性。当摩擦速度小于80 m/s时,摩擦表面出现具有减磨作用的熔融状态的均匀分布氧化膜（FeTiO₃和Fe_2.35Ti_0.65O₄）,呈现山脊及犁沟状形貌,磨损机制以磨粒切削磨损、氧化磨损及粘着磨损为主;当摩擦速度超过80 m/s时,摩擦表面出现不均匀分布的氧化膜,呈现孤峰状形貌,磨损机制以氧化磨损及电弧烧蚀磨损为主。相同实验条件下,摩擦系数随着TiC含量的增加而增大,磨损率随之降低。     

沉积温度和氢气浓度对CVD法合成Ti3SiC2涂层的影响

以TiCl₄-CH₃SiCl₃-H₂-Ar作为前驱体体系,石墨片为基底,采用化学气相沉积法(CVD)制备了Ti₃SiC₂涂层,研究了沉积温度和氢气浓度α的变化对涂层沉积速率的影响,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)对涂层形貌及组成进行了分析。研究结果表明：在1 273～1 373 K,涂层沉积速率随温度上升而增加;在1 373～1 423 K,涂层沉积速率随温度上升而减小。当α为40%～50%时,涂层沉积速率随α增加而减小;α为50%～70%时,涂层沉积速率随α增加而增加。当温度为1 373 K,α为50%时,涂层以Ti₃SiC₂相为主,呈板状结构。基于微观形貌及组成分析的结果,提出了TiCl₄-CH₃SiCl₃-H₂-Ar作为前驱体体系制备Ti<...     

以铝为助剂结合放电等离子烧结制备Ti3SiC2

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1200-1250℃．所制备材料经XBD、SEM和EDS分析表明不含TiC和SiC等杂质相，Ti3SiC2为5-25μm的板状结晶．     

Ti3SiC2含量对Ag-Ti3SiC2电接触材料电弧烧蚀行为的影响(英文)

本实验全面研究了Ti₃SiC₂含量对Ag-Ti₃SiC₂接触材料电弧烧蚀行为的影响;Ag-Ti₃SiC₂复合材料经10 kV电弧烧蚀被分解氧化并形成AgO,TiO₂和SiO₂,在阴极表面形成突起、气孔、剥离和褶皱。随着Ti₃SiC₂含量的增加,电弧在Ag-Ti₃SiC₂复合材料烧蚀表面上分散激溅。在复合材料中加入30 vol.%的Ti₃SiC₂,Ti₃SiC₂的锁住效应可以将熔融的Ag封锁,有效地降低Ag基体的飞溅现象和电弧烧蚀对接触材料的侵蚀效应。     

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.     

TiC/Ti_3SiC_2泡沫陶瓷的制备和性能

采用聚氨酯泡沫为原始骨架,用高频感应加热反应熔渗制备TiC/Ti_3SiC_2泡沫陶瓷,研究了在制备过程中不同阶段泡沫体的Ti含量对其相组成、微区化学成分、显微组织以及抗压缩性能的影响。结果表明,随着泡沫体中Ti含量的增加,在其骨架中柑继生成TiC、Ti_3SiC_2及少量的Ti_5Si_3.骨架的致密度提高,泡沫材料...     

Direct diffusion bonding of Ti3SiC2 and Ti3AlC2

Two typical layered ternary compounds, Ti₃SiC₂ and Ti₃AlC₂, were joined directly by solid-state diffusion bonding method. By various bonding tests at 1100-1300 °C for 30-120 min under 10-30 MPa, and characterizing the microstructure and diffusion reactive phases of the joints by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectrometer (EDS), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction (XRD), the optimal condition for direct joining of Ti₃SiC₂ and Ti₃AlC₂ was obtained. Strong joints of Ti₃SiC₂/Ti₃AlC₂ can be achieved via diffusion bonding, which is attributed to remarkable interdiffusion of Si and Al at the joint interface. The shear strength of the Ti₃SiC₂/Ti₃AlC₂ joints was determined.     

Polycarbosilane derived Ti3SiC2

Titanium silicon carbide (Ti₃SiC₂) ceramic was synthesized by in-situ reaction of metal titanium and polycarbosilane. Reaction mechanisms which lead to the formation of Ti₃SiC₂ were suggested on the basis of XRD analysis. The content of Ti₃SiC₂ reached 93% in products obtained from heating the Ti/polycarbosilane green compact at 1400 °C in Ar. The morphology and compositions of the products were examined by SEM equipped with EDX. The typical laminate structure of Ti₃SiC₂ particles with 1-4 μm in thickness and 4-15 μm in length was observed. EDX results showed that the atomic ratio of Ti:Si:C of grains is close to 3:1:2, which agrees with Ti₃SiC₂ composition.     

Joining of SiC ceramic-based materials with ternary carbide Ti3SiC2

The joining of two pieces of SiC-based ceramic materials (SiC or C_f/SiC composite) was conducted using Ti₃SiC₂ as filler in vacuum in the joining temperatures range from 1200 °C to 1600 °C. The similar chemical reactions took place at the interface between Ti₃SiC₂ and SiC or C_f/SiC, and became more complete with joining temperature increases, and with the consequent increased joining strengths of the SiC and C_f/SiC joints. Based on the XRD and SEM analyses, it turns out that two reasons are most important for the high joining strengths of the SiC and C_f/SiC joints. One is the development of layered Ti₃SiC₂ ceramic, which has plasticity in nature and can contribute to thermal stress relaxation of the joints; the other is the chemical reactions between Ti₃SiC₂ and the base materials which result in good interface bonding.     

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.     

层状Ti3SiC2陶瓷的组织结构及力学性能

利用热压烧结TiH₂,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti₃SiC₂陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度, 发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。 这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti₃SiC₂材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti₃SiC₂基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti₃SiC₂材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。     

宏量制备层状Ti3C2及其超级电容的性能

将钛粉、铝粉、石墨粉和少量锡粉混合,用原位烧结技术宏量制备高纯度前驱体材料Ti₃AlC₂,再以浓氢氟酸为刻蚀剂进行选择性刻蚀,改变刻蚀时间宏量制备出层间距可调节的层状剥离Ti₃C₂。使用X射线衍射和场发射扫描电子显微镜分别表征了Ti₃AlC₂和Ti₃C₂的结构和层间距微观形貌,并对用Ti₃C₂制成的电极进行了电化学性能测试分析。结果表明,相比其它在相同条件下制备的电极其比容量大幅度提高,且具有良好的超级电容性能。