传统的陶瓷材料由于脆性较高使得它在塑性、韧性方面的应用受到限制，近年来一些专家学者在致力于研究一种新型的结构陶瓷材料，即是综合了金属和陶瓷的一系列优异性能的三元碳化物Ti₃SiC₂材料，由于该种材料具有优异的综合机械性能因而被人们认为是最具有发展前景的新型陶瓷材料之一。但是由于制备比较纯的Ti₃SiC₂三元相的工艺条件非常苛刻，获得较大颗粒的Ti₃SiC₂非常困难。而Ti₃SiC₂/SiC复相陶瓷在某些性能方面同时兼有Ti₃SiC₂和SiC优点，因而我们通过制备Ti₃SiC₂/SiC复合材料作为研究和利用Ti₃SiC₂优异性能的方法之一。由于固态置换原位合成反应制备工艺简单而且成本低廉，成为我们制备Ti₃SiC₂/SiC复合材料的主要途径。 本文主要对TiC/Si的固态置换原位合成反应制备Ti₃SiC₂/SiC复合材料的反应路径以及TiC、Si和石墨粉末真空热压反应制备Ti₃SiC₂/SiC复合材料进行了研究，对固态置换原位反应的反应机理和固相反应进行的路径进行了分析，对生成物的形貌结构进行了描述，对所制备的复合材料的一些物理性能进行了测试。主要研究内容和研究成果如下： （1）Ti-Si-C三元系稳定性相图是我们定量分析TiC-Si固态置换合成反应路径的重要手段。我们利用Ti-Si-C三元系在1000℃、1100℃、1200℃、1250℃温度下的平衡相图和Ti-Si-C三元系中已知的物质的热力学数据，用三种不同的取值方法对该体系中未知的三元碳化物和二元系硅化物的化合物进行了估算，同时根据热力学稳定相平衡的条件，对Ti-Si-C三元系处于稳定状态时各组元的化学势进行计算。最后得出Ti-Si-C三元系在1000℃、1100℃、1200℃、1250℃下各组元的稳定化学势。由各组元的稳定化学势作出化学势稳定性相图，用它作为判断形成具有优异性能的碳化物复合材料Ti₃SiC₂/SiC反应路径的理论分析依据之一。 （2）通过建立BC/A界面扩散反应模型，对TiC_x/Si的固相扩散反应x=1的特殊情况进行了分析，讨论了该扩散模型可能形成的宏观结构，提出使得简单层状结构合理化的热力学讨论，描述了在类似的三元扩散偶中该类结构的稳定性。而1200℃50hTiC/Si扩散反应中得出的界面结构为简单层状结构。实验结果验证了我们所假设的结构模型的是合适的。根据Ti₃SiC₂与TiC结构方面的相似性和Ti₃SiC₂晶体结构内各原子的置换特征对TiC/Si扩散反应过程的可能的原子置换路径进行分析，并给出1200℃50h条件下Ti、Si、C三组元的实际扩散反应路径为： Ti：TiC—TiC（块体内部）岛状的（Ti₃SiC₂+Ti-Si）—（Ti₃SiC₂层）—SiC—Si Si：Si—SiC—（Ti₃SiC₂层）—TiC（块体内部）岛状的（Ti₃SiC₂+Ti-Si）—TiC C：TiC—TiC（块体内部）岛状的Ti₃SiC₂—（Ti₃SiC₂层）—SiC—Si 昆明理工大学博士学位论文2001．4．·摘 要 Q)对制备Ti雀 ／SIC复合材料的热力学因素进行了研究分析表明：在我们所 讨论的四个方程式中，随着出和C含量的增加反应方程式的自由能变化是逐渐降低 的，即更加有利于反应的进行，这同时也说明利用出和C含量的变化制备Ti庐 ／SIC 复合材料和对该复合材料的性能调控是可取的。 K)根据a八 扩散偶实验结果对出原子的扩散反应抛物线动力学常数进行了 计算，并推导出a原子的抛物线动力学常数与扩散系数之间的关系为： kr＝＊Ds mas＝0．693Ds 计算出不同温度和时间条件下的出原子扩散系数。例如经过1200’C50h处理所得到 的a的扩散动力学常数为 9．877X 109 CmZ八、扩散系数为 14．253 X 10”。mZ拓。同时对 C和Ti的扩散动力学也进行了讨论。利用Profiler软件对出、C和Ti的扩散摩尔浓 度随时间的变化进行了模拟，从衍原子的扩散的实验结果和模拟分析的对比可以得 知二者处于同一数量级内，是比较接近的。这同时也验证了我们的实验结果的可靠。 ‘u)从制备的复合材料的相组成和形貌分析的结果表明：利用所设计的固态置换 合成反应可以制备出Ti庐 亿iC复合材料，但是由于制备工艺的不同使得所制备的 复合材料的组分相中不仅含有所期待的Ti乒 卜SIC相，而且还有残存的＊ 以及少 量的TISi。相的存在，分析了这两相存在的原因，从所得到的复合材料的金相图中观 察到Ti卢。和a 在高温下是以团聚状形态存在的。 （6）对制备的复合材料的性能进行了测试，得到致密度较高为 99％以上的 Ti庐 ／SIC复合材料，同时发现随着h、C含量的增加，复合材料中出 的量也逐 渐增多，材料的硬度增加，这主要是增强体S 的贡献；另外一方面当组织结构中是 以a 相为主时，软质点0ipC＊分布其中，可以提高出 材料的韧性；热压工艺 的温度、压力对几林CyS汇复合材料的组织有很大的影响，尤其压力是造成在门80 ’C左?