引入Al组元对Ti3SiC2材料结构和性能的影响

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Ti3SiC2是312相化合物典型代表,具有六方晶系P63/mmc结构,密度4.53 g/cm3,具有层状结构,同时具有金属和陶瓷的优良性能,使Ti3SiC2成为材料研究中的新领域。然而合成Ti3SiC2材料时,较难得到纯Ti3SiC2材料,常伴生有碳化物和硅化物等杂质相,试验研究发现掺加Al粉可以制备得到高纯且致密的Ti3SiC2块体材料。本研究分两步进行:第一加入金属Al粉和Al-Si合金粉通过反应热压烧结法、制备了Ti3Si(Al)C2材料,研究了Al组元的含量和引入方式对Ti3SiC2材料相组成、致密度、力学性能及显微结构的影响;第二以金属铝及铝合金对Ti3SiC2复合材料的侵蚀为出发点,设计抗渣实验,通过衍射,SEM等方法,观察Ti3SiC2、Al2O3/Ti3SiC2复合材料与金属及合金侵蚀情况。研究结果表明:(1)在1500℃下,引入适量的Al粉或Al-Si合金粉,可以促进Ti3SiC2的生成。在Al/Al-Si合金粉含量的增加的情况下,试验可以制得相对含量更高的Ti3SiC2材料,Al-Si合金粉效果更好,与此同时Ti3SiC2材料的体积密度会降低。Ti3SiC2的发育生长,力学性能的提高在加入Al,Al-Si合金粉的情况下更为明显,且抗弯强度为352MPa,断裂韧性为5.68 MPa·m1/2,当加入量摩尔比为0.3Al-Si合金粉时。(2)Al,Al-Si合金引入对Ti3SiC2抗侵蚀方面影响:随着温度升高,Al,Al-Si合金向Ti3SiC2基材料中的渗入增加。同等温度下,金属Al比Al-Si合金更容易渗入纯Ti3SiC2,Al2O3/Ti3SiC2复合材料中。同等条件下,金属Al及Al-Si合金的开始渗入温度:金属Al为750℃,Al-Si合金在800℃。金属Al在700℃即渗入Al2O3/Ti3SiC2复合材料中,Al-Si合金为800℃。Al,Al-Si合金在渗入Al2O3/Ti3SiC2复合材料时,通过复合材料中Ti3SiC2部分渗入。
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