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Ti3AlC2陶瓷材料的SHS制备工艺

2020-12-28阅读(231)

Ti3AlC2陶瓷材料的SHS制备工艺

论文摘要

三元层状碳化物Ti3AlC2兼具金属和陶瓷的特性,它像金属一样具有导电和导热性能,有相对较低的维氏硬度,在高温下具有良好的热震性,能用高速刀具进行加工而不需要润滑；也像陶瓷一样具有高的强度,高的熔点和良好的热稳定性。更具有应用价值的是它具有优于石墨和MoS2的自润滑性能。因此,近年来Ti3AlC2受到众多研究人员的关注。人们采用自蔓延高温合成（SHS）、热压烧结（HP）、热等静压（HIP）、放电等离子烧结（SPS）等各种工艺制备Ti3AlC2。然而自蔓延高温合成与其它制备方法相比,具有工艺简单、成本低廉、产物纯度高（反应转化率接近100%）,且一经引燃就不需要对其进一步提供任何能量。为此我们对该工艺制备Ti3AlC2材料进行了研究。本文采用自蔓延高温反应合成（SHS）工艺,以Ti粉、Al粉、C粉为原料,在Ti-Al-C摩尔比一定时,研究添加TiC对自蔓延高温合成产物的影响,同时调节Al在原料中的含量,可以得到高纯度的Ti3AlC2陶瓷材料；此外,以Ti粉、Al粉、C粉、TiC粉为原料,研究掺杂Si及调节Al含量对自蔓延合成高纯度Ti3AlC2陶瓷材料的影响。应用X射线衍射、扫描电镜结合能谱仪、差热分析等实验仪器,研究在不同实验参数下所得产物的相组成、显微结构特征及反应机理,并讨论了Si作为反应助剂的作用。研究结果表明,选用摩尔比为2Ti/1.1Al/C/0.9TiC和2Ti/Al/C/0.9TiC/0.1Si的粉末进行配料,以球料比为10：1、球磨转速150r/min、混料4小时,在50MPa的压力下压制成坯,自蔓延高温合成的Ti3AlC2的晶体发育良好,并且纯度很高。且Si作为添加剂,可有效抑制Ti3AlC2合成过程中Ti2AlC杂相的生成。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 3AlC2系材料的结构与特性'>1.2 Ti3AlC2系材料的结构与特性
  • 3AlC2材料的结构'>1.3 Ti3AlC2材料的结构
  • 3AlC2材料的性能'>1.4 Ti3AlC2材料的性能
  • 1.4.1 力学性质
  • 1.4.2 可加工性
  • 1.4.3 抗热震性
  • 1.4.4 良好的抗氧化性
  • 1.4.5 电学和热学性质
  • 3AlC2的研究现状'>1.5 Ti3AlC2的研究现状
  • 1.6 自蔓延高温合成简介
  • 1.6.1 自蔓延高温合成
  • 1.6.2 自蔓延高温合成法发展简史
  • 1.6.3 自蔓延高温合成的理论基础
  • 1.7 燃烧模式
  • 1.8 研究的背景、目的和意义
  • 1.8.1 研究背景
  • 1.8.2 研究目的和意义
  • 第二章 实验内容及过程
  • 2.1 实验内容及目的
  • 2.2 实验原料及设备
  • 2.2.1 实验原料
  • 2.2.2 实验设备
  • 2.3 合成产物的分析
  • 2.3.1 X射线衍射分析技术
  • 2.3.2 扫描电子显微镜分析技术
  • 2.3.3 电子探针分析技术
  • 2.3.4 差热分析
  • 2.4 工艺方案
  • 2.5 试验过程
  • 2.5.1 球磨混料
  • 2.5.2 冷压成型
  • 2.5.3 自蔓延高温合成
  • 2.5.4 产物分析
  • 3AlC2工艺参数的确定'>第三章 自蔓延高温合成Ti3AlC2工艺参数的确定
  • 3.1 引言
  • 3AlC2的反应可行性及影响因素'>3.2 自蔓延高温合成Ti3AlC2的反应可行性及影响因素
  • 3.2.1 自蔓延高温合成的热、动力学分析
  • 3.2.2 合成反应的主要影响因素
  • 3AlC2的压坯压力'>3.3 自蔓延高温合成Ti3AlC2的压坯压力
  • 3.3.1 实验过程与实验方案
  • 3.3.2 结果与讨论
  • 3AlC2的气体环境'>3.4 自蔓延高温合成Ti3AlC2的气体环境
  • 3.4.1 实验过程与实验方案
  • 3.4.2 结果与讨论
  • 3.5 本章小结
  • 3AlC2相的影响'>第四章 TiC和Al含量对自蔓延高温合成Ti3AlC2相的影响
  • 4.1 实验过程与实验方案
  • 4.2 结果与讨论
  • 4.2.1 未添加TiC时合成产物的物相组成及断口组织形貌
  • 4.2.2 差热分析
  • 4.2.3 TiC对合成产物物相组成的影响及断口形貌分析
  • 4.2.4 Al对合成产物物相组成的影响及断口形貌分析
  • 3AlC2的纯度'>4.3 利用K-值法估算Ti3AlC2的纯度
  • 4.4 本章小结
  • 3AlC2陶瓷材料'>第五章 掺杂Si自蔓延高温合成Ti3AlC2陶瓷材料
  • 5.1 实验过程与实验方案
  • 5.2 结果与讨论
  • 3AlC2所起的作用'>5.2.1 不同Si含量对合成Ti3AlC2所起的作用
  • 5.2.2 铝含量对合成相的组成分析
  • 5.2.3 差热分析
  • 5.2.4 试样宏观及合成产物断口形貌
  • 5.2.5 合成产物的能谱分析
  • 3AlC2的纯度'>5.2.6 利用K-值法估算Ti3AlC2的纯度
  • 5.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A 硕士期间发表的论文

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