论文摘要
新型三元层状碳化物Ti2AlC和Ti2AlC2由于其优异的性能而受到材料科学工作者的广泛重视。由于综合了金属和陶瓷的诸多优良性能，它们同金属一样，在常温下，有很好的导热性能和导电性能，相对较低的Vickers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，可以象金属一样，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超低磨擦系数和优良的自润滑性能。这些优异性能使其具有广阔的应用前景，并成为新材料研究中重要对象。由于Ti2AlC和Ti3AlC2的硬度相对较软（3-5GPa）以及低的蠕变强度，极大地限制了作为高温结构材料的使用。TiB2由于较高的硬度和高的弹性模量，优异的化学稳定性，具有同Ti2AlC和Ti3AlC2接近的导热系数，因此在本论文中，通过引入TiB2颗粒来改善Ti2AlC和Ti3AlC2材料的硬度和强度。分别研究了放电等离子烧结和热压烧结两种工艺合成Ti2AlC-TiB2和Ti3AlC2-TiB2复合材料的制备过程；并研究了合成材料的反应机理、显微结构特征和物理性能。 开展了热压法制备致密Ti2AlC-TiB2和Ti3AlC2-TiB2复合材料的研究。在Ti2AlC-TiB2的制备过程中，分别探索了两种不同起始原料组成Ti／TiC／Al和TiC／Ti／B4C／Al，以及引入不同体积TiB2对反应合成影响规律。在Ti3AlC2-TiB2复合材料的制备过程中，重点研究了硅用作合成助剂时，引入不同体积TiB2对反应合成影响规律。经X-射线衍射、扫描电镜、能谱仪等表征方法对烧结产物的相组成和显微结构进行了研究。结果表明：在起始原料Ti／TiC／Al中直接掺加TiB2时，很难合成杂质较少的Ti2AlC-TiB2复合材料，而以起始原料TiC／Ti／B4C／Al，通过原位合成方法，1400℃和30MPa条件下能够合成5-25％TiB2的致密Ti2AlC-TiB2复合材料，铝在合成中容易挥发，需要掺加0.05mol的铝，过高的Al量和过高的温度不利于Ti2AlC的生成。1350℃和30MPa条件下，热压2TiC／Ti／Al／0.2Si／TiB2可得到5-20％TiB2的Ti3AlC2-TiB2复合材料。硅的掺加能明显促进Ti3AlC2的反应合成，引入过高的TiB2，能明显影响Ti3AlC2-TiB2复合材料的合成，通过原位法合成Ti3AlC2-TiB2复合材料时，引人TiB2的量不能超过10％。 应用放电等离子烧结工艺研究了Ti2AlC-TiB2和Ti3AlC2-TiB2复合材料的反应合成。应用X-射线衍射、扫描电镜结合能谱仪研究不同起始组成粉料在不同