真空环境下Ti2SnC裂纹愈合机制的研究

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陶瓷材料具有裂纹愈合能力,能提高陶瓷构件的使用可靠性,延长服役寿命,从而降低后期零件更换和维修成本。陶瓷材料的裂纹愈合机制主要是高温氧化环境下形成氧化物愈合裂纹,从而使材料性能得到一定程度恢复。但是在真空环境中应用的陶瓷构件要实现裂纹愈合,则是一项具有挑战性的工作,相关研究尚未见报道。本研究以三元导电碳化物Ti2SnC作为研究对象,通过热震法在样品中引入了裂纹,探讨了在真空环境中实现裂纹愈合的可能性,研究了裂纹愈合前后材料微观结构及其电导率和弯曲强度的变化。通过研究,取得了如下创新性成果:(1)利用热震法在Ti2SnC样品中有效地引入了裂纹。研究了热震温度对材料电导率和强度的影响。首次发现了Ti2SnC在热震温度ΔT=600℃热震后出现电导率异常恢复现象,电导率异常恢复机制主要是Ti2SnC中析出的金属Sn填充微细裂纹致使电导率部分恢复。(2)Ti2SnC在真空环境中亦表现出裂纹愈合能力。热震样品在800℃愈合2小时后,材料的电导率完全恢复;经1000℃愈合2小时后材料的电导率超过热震前样品的电导率。在真空中裂纹愈合的主要机制是高温下Ti2SnC结构中析出大量金属Sn填充并愈合了材料内部裂纹。(3)Ti2SnC热震样品的残余强度随着愈合温度升高而逐渐升高,但强度恢复皆低于原始强度。主要原因是裂纹虽被Sn愈合,但Sn没有与基体形成强结合界面,故对强度恢复贡献不大。
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