【摘 要】
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Ti3SiC2是一种新型陶瓷材料,兼有金属和陶瓷的许多优异性能,具有较高的耐高温强度,良好的抗高温氧化性能,较高的导热和导电性能,硬度低,易于加工等优点,在很多方面具有着广阔的应用前景,有望成为最有发展前途的新型陶瓷材料之一。将Ti3SiC2与SiC复合,制备Ti3SiC2-SiC复合材料以其提高材料强韧性和可塑性,并获得综合性能较好的Ti3SiC2-SiC复相陶瓷。本实验通过无压烧结法制备高纯度
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Ti3SiC2是一种新型陶瓷材料,兼有金属和陶瓷的许多优异性能,具有较高的耐高温强度,良好的抗高温氧化性能,较高的导热和导电性能,硬度低,易于加工等优点,在很多方面具有着广阔的应用前景,有望成为最有发展前途的新型陶瓷材料之一。将Ti3SiC2与SiC复合,制备Ti3SiC2-SiC复合材料以其提高材料强韧性和可塑性,并获得综合性能较好的Ti3SiC2-SiC复相陶瓷。本实验通过无压烧结法制备高纯度Ti3SiC2-SiC复合材料。本实验采用无压烧结方法,以Si粉、TiC粉、Al粉末为原材料,制备Ti3SiC2/SiC复合材料。采用X射线衍射分析法、矢量网络分析仪、扫描电子显微镜、微控电子万能试验机等检测手段和方法,对所制得的Ti3SiC2/SiC复合材料的微观结构与力学性能进行了分析与研究,主要研究内容如下:（1）以原料摩尔配比TiC:Si:Al=3:2:0.2,在氩气气氛中,1400℃、1500℃、1600℃的温度下,所合成的复合材料以TiC为主晶相,并含有少量的Ti3SiC2相和SiC相,表明Ti3SiC2和SiC相能在此固态置换原位反应中生成,从XRD衍射图中可观察到:随着温度的升高,高温促使生成物中的Ti3SiC2迅速分解,从而形成TiC（固体）,同时Si从复合材料中挥发。该复合材料气孔率较高,具有松散的微观结构。其中在1400℃可得到相对密度为44.32%的复合材料。其断裂韧性与抗弯强度分别达到1.78 MPa·m1/2和145.62 MPa。Ti3SiC2/SiC试样的介电性能与Ti3SiC2含量有关,随着复合材料中Ti3SiC2含量的增多,复介电常数的实部与虚部均表现出升高的趋势。（2）以原料摩尔配比TiC:Si:Al=3:2:1=3:2:0.2/0.5/1/2/3,在氩气气氛中,1400℃的温度下,所合成的复合材料随着烧结助剂Al含量的增加,Ti3SiC2和SiC逐渐成为Ti3SiC2/SiC复合材料的主要相;当原料摩尔配比为TiC:Si:Al=3:2:1时,复合材料主要相为Ti3SiC2,第二相为SiC,X射线衍射仪未检测到TiC的衍射峰,表明复合材料中基本消除TiC。结果表明,Al的适量加入能促进Ti3SiC2和SiC的大量生成,气孔率降低,材料组织的致密度升高。随着材料致密性的提高,其断裂韧性与抗弯强度得到进一步增强,分别达到2.21 MPa·m1/2和192.56 MPa,Ti3SiC2/SiC样品的复介电常数随Ti3SiC2含量的增多而逐渐升高。（3）以原料摩尔配比TiC:Si:Al=3:2:1=3:1.8/2.0/2.2/2.4/2.6:1,在氩气气氛中,1400℃的温度下,所合成的复合材料随着Si含量的增加,在TiC:Si:Al=3:2.2:1时,X射线衍射检测到复合材料中Ti3SiC2衍射峰最强,主要相为Ti3SiC2,第二相为SiC;通过扫描电镜观察到,Ti3SiC2为片层状,SiC为颗粒状,平均晶粒尺寸在1μm左右的SiC分散在平均晶粒尺寸约为5μm的Ti3SiC2矩阵中,原位合成制备出大量具有良好塑韧性的Ti3SiC2,材料致密度进一步提高,相对密度达到67.75%,其断裂韧性和抗弯强度分别为2.59 MPa·m1/2和230.35 MPa,Ti3SiC2/SiC的复介电常数最高,样品的介电性能最佳。
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