【摘 要】
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Ti3SiC2作为目前研究较为广泛的MAX相三元层状化合物之一,兼具金属和陶瓷的优越性能,具有良好的耐辐照性能,有望被应用于下一代核反应堆设施中。同时,Ti3SiC2也与其他陶瓷材料一样具有高温应用性能,在高温环境下具备优异的摩擦学性能,因此在高温润滑材料领域有着非常广泛的应用前景。本文通过电子辐照方式研究了无压烧结方式制备的Ti3SiC2材料经过辐照后形貌和结构的变化,并对电子辐照机制进行了分析
【基金项目】
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3AlC2电接触材料电弧烧蚀机理和润滑性能研究（编号:51571078）,国家自然科学基金面上项目','0001','ApLJNybhrH-9KFRZ4dAaWaH8MzCi_eP-9yvXbhdOtFuXx7maD93cEg==');
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Ti3SiC2作为目前研究较为广泛的MAX相三元层状化合物之一,兼具金属和陶瓷的优越性能,具有良好的耐辐照性能,有望被应用于下一代核反应堆设施中。同时,Ti3SiC2也与其他陶瓷材料一样具有高温应用性能,在高温环境下具备优异的摩擦学性能,因此在高温润滑材料领域有着非常广泛的应用前景。本文通过电子辐照方式研究了无压烧结方式制备的Ti3SiC2材料经过辐照后形貌和结构的变化,并对电子辐照机制进行了分析。通过热压烧结方式制备了Ti3SiC2的块体材料,研究了Ti3SiC2材料在不同转动速度和温度条件下的摩擦磨损性能,并分析了摩擦磨损机理。利用原位透射电镜技术进行电子辐照实验,电子束的能量分别为120 ke V和200 ke V,在这两种入射电子束能量下研究了Ti3SiC2材料的电子辐照损伤情况。研究发现Ti3SiC2在120 ke V电子束辐照下,材料表面变得粗糙化,有表面原子脱位的现象。在200 ke V电子辐照下,损伤更为严重,由于硅原子在200 ke V能量下的离位现象,一些晶面上出现了强度较低的衍射斑。辐照引起的点缺陷使a轴晶格常数降低了1.8%。然而,即使辐照至600 s后,在电子衍射花样上也没有观察到无定形环产生。在1250℃、30 MPa下保温保压1 h热压烧结制造的Ti3SiC2块体材料致密度达96%,研究了转动速度和温度对材料摩擦磨损行为的影响。研究发现,Ti3SiC2材料摩擦系数和磨损率均随滑动速度的升高而降低,这是由于高速转动下的气体润滑作用以及产生的大量热量使得Ti3SiC2表面生成了一层氧化物润滑膜。Ti3SiC2块体材料在高温环境中有着良好的自润滑和耐磨性能,随着温度的上升Ti3SiC2材料的磨损率和摩擦系数明显降低,在600℃时的摩擦系数只有0.21。研究表明Ti3SiC2块体材料具有良好高温摩擦磨损性能的原因在于摩擦面在较高温度下会生成一层混合金属氧化膜,具有润滑作用的同时也能够保护摩擦面不会被进一步的磨损。
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